Composición, Propiedades y Clasificación de Aceros para Construcción

1. ¿Qué es el acero y en qué se diferencia de la fundición?

El acero es una aleación de hierro (Fe) y carbono (C), donde el contenido de carbono no supera el 2,1%. Además de carbono, el acero puede contener otros elementos como fósforo (P), azufre (S), nitrógeno (N), y en los aceros aleados, manganeso (Mn), silicio (Si), cromo (Cr), níquel (Ni) y molibdeno (Mo).

Se considera acero si la aleación de hierro contiene menos del 2,1% de carbono, y fundición si el contenido de carbono supera ese porcentaje. Al aumentar el porcentaje de carbono, se incrementa la dureza y la resistencia del acero, pero también aumenta su fragilidad y disminuye su ductilidad, resultando en una menor maleabilidad.

2. Designación numérica de los aceros

La norma UNE-EN 10027-2 establece las reglas para la designación numérica de los aceros. Un mismo número corresponde a un único tipo y grado de acero, y viceversa. La designación sigue el siguiente esquema:

• 1: Indica que el material es acero.
• XX: Número del grupo de acero, según su uso.
• (XX): Número de orden (entre paréntesis, ampliación futura).

3. Tipos de acero para construcción según la norma

La norma establece cuatro tipos principales de acero para construcción, además de otros para la industria mecánica. Estos se designan como: S235, S275, S355 y S450. Los grados son: JR, JO, J2 (subgrados J2G3 y J2G4), K2 (subgrados K2G3 y K2G4).

4. Evaluación de la soldabilidad de los aceros

La soldabilidad se evalúa mediante la fórmula del carbono equivalente:

Carbono equivalente = C + Mn/6 + Cr + Mo + V/5 + Ni + Cu/5

El valor del carbono equivalente no debe superar 0,41 para los aceros S235 y S275, o 0,47 para el S355.

5. Comprobación de la ductilidad de un acero para construcción

Para que un acero sea apto para construcción, su ductilidad debe cumplir con los siguientes criterios:

• La relación entre la tensión de rotura y el límite elástico no será inferior a 1,2.
• El alargamiento en rotura de una probeta de sección inicial S₀, medido sobre una longitud de 5,65√S₀, será superior al 15%.
• La deformación correspondiente a la tensión de rotura debe superar al menos un 20% a la correspondiente al límite elástico.

6. Diferenciación entre acero de perfil y acero de producto hueco

En la designación, una letra H indica que el acero es un producto hueco.

7. Ensayo de Tracción

El ensayo de tracción consiste en someter una probeta normalizada del material a un esfuerzo axial de tracción creciente hasta que se produce su rotura. Este ensayo mide la resistencia del material a una fuerza estática o aplicada lentamente. Las velocidades de deformación en un ensayo de tracción suelen ser pequeñas.

8. Zonas diferenciadas en el ensayo de tracción de un acero

(Esta sección requiere información adicional para ser completada. Se deben describir las zonas del diagrama tensión-deformación, como la zona elástica, la zona de fluencia, la zona de endurecimiento por deformación y la zona de estricción.)

9. Módulo de elasticidad

El módulo de elasticidad (E) cuantifica la proporcionalidad entre la fuerza aplicada y la deformación obtenida, es decir, la relación entre las tensiones (σ) y las deformaciones unitarias (ε) en el período elástico:

E = σ/ε = (F/S) / (ΔL/L)

10. Ley de Hooke

La ley de Hooke se aplica a ciertos materiales dentro de unos límites específicos. Establece una relación proporcional entre la tensión (σ) y la deformación (ε): σ = E * ε, donde E es el módulo de elasticidad. En esta relación, σ representa la tensión, que es la fuerza aplicada por unidad de sección, y ε es la deformación unitaria, que es la relación entre el alargamiento y la longitud inicial.

11. Alargamiento y su determinación

El alargamiento de rotura es el incremento de longitud que ha sufrido la probeta. Se mide entre dos puntos cuya posición está normalizada y se expresa en porcentaje:

Alargamiento (%) = ((Longitud Final - Longitud Inicial) / Longitud Inicial) * 100

12. Clasificación de la chapa laminada

La chapa laminada se clasifica en productos longitudinales y productos planos:

• Productos longitudinales: Aquellos en los que una dimensión es determinante sobre las otras dos.
  • Perfiles estructurales: Perfiles L, H, T, O, I, con una altura o anchura igual o mayor de 80 mm (perfiles pesados).
  • Perfiles comerciales: Incluyen los del grupo anterior, pero con dimensiones iguales o menores de 80 mm (perfiles ligeros).
• Productos planos: Aquellos en los que dos de sus dimensiones predominan sobre la tercera. El producto plano más utilizado es la chapa laminada en caliente, que puede ser obtenida por procedimientos discontinuos o por troceo, y se clasifica en:
  • Fina: Espesor (e) inferior a 3 mm.
  • Media: Espesor (e) igual o superior a 3 mm hasta 4,75 mm.
  • Gruesa: Espesor (e) superior a 4,75 mm.

13. Características de los perfiles IPE y HE

• IPE: Sección en forma de doble T. Caras exteriores e interiores de las alas paralelas y normales al alma. Espesor constante. Dimensiones desde 80 a 600 mm. Resiste muy bien la flexión y soporta pequeñas compresiones. Ejemplo: IPE 160 (altura total 160 mm).
• HE: Sección semejante a la del perfil IPE, pero la relación base/altura (b/h) es mayor en el HE que en el IPE. Dimensiones desde 100 a 600 mm. Existen tres tipos: HEA (ligera), HEB (normal) y HEM (pesada). Buena resistencia a flexión y compresión.

14. Resistencia de cálculo según el CTE

La resistencia de cálculo (f_yd) se define como el cociente entre la tensión de límite elástico (f_y) y el coeficiente de seguridad del material (γ_M):

f_yd = f_y / γ_M