Control . Defectos de las soldaduras ... c) la deformación correspondiente a la
tensión de rotura ... bruscos de sección, cordones de soldaduras transversales.
ARQUITECTURA TÉCNICA ASIGNATURA: MATERIALES DE CONSTRUCCIÓN II CURSO: 2008 – 2009 TRANSPARENCIAS TEMA 7: ESTRUCTURAS DE PERFILES LAMINADOS CTE DB SE-A . Generalidades . Aceros en chapas y perfiles . Materiales . Soldeo . Uniones atornilladas . Tratamientos de protección . Control . Defectos de las soldaduras (documento 0 EAE) . Introducción . Propiedades tecnológicas de los materiales . Designación y tipos de acero . Productos de acero . Medios de unión . Control de calidad
Profesor: Victoriano García
1 de 35
La normativa de aplicación es el Documento Básico SE-A (Seguridad Estructural. Acero) del Código Técnico de la Edificación. Se está redactando una revisión de la Instrucción EA-95 y recientemente se ha publicado el documento 0 de esta nueva Instrucción con objeto de abrir un debate sobre el tema. El documento presentado recoge las actualizaciones del mercado en cuanto a productos y normas, además será normativa de aplicación a estructuras de edificios y obras de ingeniería civil por lo que es interesante conocer los planteamientos de la nueva Instrucción.
2 de 35
Tipos de acero. Designaciones anteriores y actuales Es frecuente encontrar todavía 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
ACTUAL UNE-EN 10025:1994
A 37 b
AE 235 B
Fe 360 B
S 235 JR
A 37 c
AE 235 C
Fe 360 C
S 235 J0
A 44 b
AE 275 B
Fe 430 B
S 275 JR
A 44 c
AE 275 C
Fe 430 C
S 275 J0
A 52 b
AE 355 B
Fe 510 B
S 355 JR
A 52 c
AE 355 C
Fe 510 C
S 355 J0
A 52 d
AE 355 D
Fe 510 D
S 355 J2
3 de 35
DOCUMENTO BÁSICO SE-A (SEGURIDAD ESTRUCTURAL. ACERO) DEL CÓDIGO TÉCNICO DE LA EDIFICACIÓN Ámbito de aplicación: el DB SE-A se destina a verificar la seguridad estructural de los elementos metálicos realizados con acero en edificación. Aceros en chapas y perfiles (características): El acero se designa identificando su tipo (referencia al límite elástico) y grado (referencia a la resiliencia): S 000 00 Las características mecánicas mínimas de los aceros según UNE-EN 10025 son: Espesor nominal t (mm) DESIGNACIÓN S235JR S235J0 S235J2 S275JR S275J0 S275J2 S355JR S355J0 S355J2 S355K2 S450J0
2
Tensión de límite elástico fy (N/mm ) t ≤ 16
16 < t ≤ 40
40 < t ≤ 63
235
225
215
275
265
255
355
345
335
450
430
410
Tensión de Temperatura ens. Charpy Rotura ºC 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 energía mínima de 40J
4 de 35
Los aceros tienen una serie de características comunes: - módulo de Elasticidad (E) 210.000 N/mm2 - módulo de Rigidez (G) 81.000 N/mm2 - coeficiente de Poisson (ν) 0.3 - coeficiente de dilatación térmica (α) 1,2 x 10-5 (ºC)-1 - densidad (ρ) 7.850 Kg/m3 El DB SE-A obliga si se emplean aceros distintos a los señalados en su texto, para garantizar que tienen ductilidad suficiente, A comprobar que: a) la relación entre la tensión de rotura y la del límite elástico no será inferior a 1,20 b) el alargamiento en rotura de una probeta de sección inicial S0, medido sobre una longitud 5,65 √S0 será superior al 15% c) la deformación correspondiente a la tensión de rotura debe superar al menos un 20% a la correspondiente al límite elástico. Los procedimientos de comprobación especificados en el DB SE-A están basados en el comportamiento dúctil del material, la resistencia a rotura frágil ha de ser superior a la resistencia a rotura dúctil. La temperatura de transición, definida como la mínima a la que la resistencia a rotura dúctil supera a la frágil, ha de ser menor que la mínima a la va a estar sometida la estructura.
5 de 35
No es necesario realizar comprobación si no se sobrepasan los espesores indicados en la tabla: Grado S235 S275 S355
JR 50 45 35
0 ºC J0 75 65 50
J2 105 95 75
Temperatura mínima -10 ºC JR J0 J2 40 60 90 35 55 75 25 40 60
JR 35 30 20
-20 ºC J0 50 45 35
J2 75 65 50
En la rotura frágil de un elemento estructural influyen las siguientes circunstancias: . temperatura mínima: la probabilidad de rotura frágil aumenta al descender la temperatura. . espesor del producto: la probabilidad de rotura frágil aumenta al crecer el espesor del producto. . deformación en frío del producto: la probabilidad de rotura frágil aumenta al crecer la magnitud de la deformación en frío que haya sufrido el producto. . clases de los esfuerzos: la probabilidad de rotura frágil de un elemento estructural sometido a esfuerzos estáticos principalmente, es menor que la del que está solicitado por esfuerzos alternados o de procedencia dinámica. . los estados de tensiones triaxiales, cuando las tres tensiones principales son de tracción, tienden a fragilizar al acero. Intervienen tensiones no provenientes de la 6 de 35
actuación de las cargas (tensiones residuales de laminación, de soldadura, de deformación en frío, etc.) . condiciones de forma y de ejecución: que puedan afectar al estado de tensiones triaxiales (entalladuras, cambios bruscos de sección, cordones de soldaduras transversales a esfuerzos normales de tracción, 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 difíciles de ejecución, etc. Si se usan aceros distintos a los indicados en el DB SE-A se debe evaluar la soldabilidad mediante el parámetro 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 ó 0.47 para los aceros S355.
7 de 35
PERFILES Y CHAPAS DE ACERO LAMINADO Se utilizan aceros de las clases S 235 a S 450. Las definiciones de las características mecánicas son: . límite elástico Es la carga unitaria referida a la sección inicial de la probeta, que corresponde a la cadencia en el ensayo a tracción (límite superior de cadencia). . resistencia a tracción: es la carga unitaria máxima soportada durante el ensayo a tracción. . alargamiento en rotura: es el aumento de la distancia entre puntos, en el ensayo a tracción después de producida la rotura de la probeta, y reconstruida ésta, expresado en tanto por ciento de la distancia inicial. . doblado: es el índice de ductilidad del material, definido por la ausencia o presencia de fisuras en el ensayo de doblado. . resiliencia: es la energía absorbida en el ensayo de flexión por choque.
8 de 35
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
9 de 35
MEDIOS DE UNIÓN Los aceros de los elementos de unión (tornillos, arandelas y tuercas) estarán en consonancia con el tipo de acero a unir. El diámetro nominal mínimo de los tornillos debe ser de 12 mm. Cuando la unión se realiza por soldadura se utilizarán electrodos en calidad estructural, apropiadas a las condiciones de la unión y del soldeo y con las características mecánicas superiores a los del material base. DEFECTOS EN LAS SOLDADURAS Influyen especialmente en la aparición de defectos: . la capacitación profesional del soldador . la elección adecuada de los electrodos, y . una cuidadosa ejecución Los principales defectos que se pueden producir son: - defectos internos: o falta de penetración, cuando el chaflán de la soldadura no está totalmente lleno o cuando la unión entre el metal base y el metal de aportación no es perfecta en algún punto o grietas
10 de 35
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 PROTECCIÓN Los tratamientos de protección requieren una preparación previa de la superficie, que se puede realizar por: . chorro abrasivo . herramientas mecánicas y manuales Los métodos de recubrimiento contemplados en el DB SE-A son: . galvanización, y . pintura
11 de 35
CONTROL Las características 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 podrá 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 establecerá un procedimiento de control mediante ensayos realizados por un laboratorio independiente. En el control de las soldaduras se pueden emplear las siguientes técnicas no destructivas: . inspección visual . inspección por partículas magnéticas . ensayo por líquidos penetrantes . ensayo por ultrasonidos, y . ensayos radiográficos Los tratamientos de protección se pueden controlar midiendo su espesor con equipos portátiles, tanto para galvanizado como para las pinturas.
12 de 35
DEFECTOS EN LAS SOLDADURAS Influyen especialmente en la aparición de defectos: - la capacitación profesional del soldador - la elección adecuada de los electrodos, y - una cuidada ejecución Los principales defectos que se pueden producir son: - defectos internos: o falta de penetración, cuando el chaflán de la soldadura no está totalmente lleno o cuando la unión entre el metal base y el metal de aportación no es perfecta en algún 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.
13 de 35
Documento 0 EAE. ÁMBITO DE APLICACIÓN: La Instrucción EAE será aplicable a las estructuras y elementos de acero estructural de edificios y obras de ingeniería civil. Se excluyen expresamente: . las estructuras realizadas con aceros especiales (límite elástico > 460 N/mm2 y aceros de aleaciones especiales (acero inoxidable) . los elementos estructurales mixtos de acero estructural y hormigón u otro material . los elementos estructurales de hormigón que puedan existir en una estructura básica de acero (forjados, ...) Los productos utilizados en el ámbito de la EAE deberán estar en posesión del marcado “CE”. Materiales: - perfiles estructurales - chapas estructurales - elementos de unión
14 de 35
PROPIEDADES TECNOLÓGICAS DE LOS MATERIALES Características de los aceros . Composición química: varía en función del tipo de acero. Los contenidos más importantes son los de los elementos que aparecen en la expresión del valor del carbono equivalente (CEV), así como los contenidos en fósforo y azufre. . Características mecánicas: a) diagrama tensión-deformación b) carga unitaria máxima a tracción (resistencia a tracción f u) c) límite elástico (fy) d) deformación correspondiente a la resistencia a tracción (deformación bajo carga máxima εmax) e) deformación remanente concentrada de rotura (εu) f) módulo de elasticidad (E) g) estricción (Z) h) resiliencia (Kv) i) tenacidad de fractura Los fabricantes deberán garantizar, como mínimo, las características indicadas en b), c), d), e), f) y h).
Diagrama tensión-deformación
15 de 35
El límite elástico fy se define como la carga unitaria correspondiente a una deformación remanente del 0.2 por 100. Este valor suele coincidir con el del escalón de cedencia en aquellos aceros que lo presentan. La deformación remanente concentrada de rotura se evalúa midiéndola sobre una base que incluye la sección de rotura y zonas adyacentes, por lo que resulta afectada por una posible estricción. La estricción es una relación porcentual entre la disminución de la sección a la rotura y la sección inicial: Z = (Ai – Au) 100/ Au Siendo Ai y Au las secciones rectas inicial y de rotura respectivamente. La resiliencia del acero es la energía absorbida en el ensayo de flexión por choque sobre probeta Charpy.
16 de 35
La tenacidad de fractura de un acero define la resistencia del material a la rotura frágil, es decir, sin deformación plástica apreciable. Esta característica del acero puede obtenerse de una manera rigurosa mediante ensayos de Mecánica de Fractura. En general, sin embargo, no es preciso acudir a tales ensayos, siendo suficiente evaluar la tenacidad de fractura en términos de la resiliencia. . Requisitos de ductilidad: para garantizar la ductilidad del acero, se deben cumplir los siguientes requisitos: - la relación entre la resistencia a tracción y el límite elástico ha de ser como mínimo 1.10 (fu/fy ≥ 1.10) - la deformación remanente concentrada de rotura medida sobre una base de longitud = 5.65 x (raíz cuadrada de Ao), siendo Ao la sección inical, debe ser como mínimo 0.15 (εu ≥0.15), y - la deformación máxima debe ser como mínimo 15 veces la deformación correspondiente al límite elástico, dada por εy = 0.002 + fy/E (εmax ≥15 εy)
17 de 35
. Características tecnológicas: La soldabilidad es la aptitud de un acero para ser soldado mediante los procedimientos habituales sin que aparezca fisuración en frío. El parámetro 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 aparición de defectos en piezas soldadas sometidas a tensiones de tracción en dirección perpendicular a su superficie. Se comprueba mediante la obtención de la estricción (Z) en el ensayo de tracción. La aptitud al doblado es un índice de la ductilidad del material, y se define por la ausencia o presencia de fisuras en el ensayo de doblado.
18 de 35
DESIGNACIÓN DE LOS ACEROS. El acero se designa identificando su tipo (referencia al límite elástico) y grado (referencia a la resiliencia): S 000 00 Las especificaciones correspondientes a límite elástico (fy) y resistencia a tracción (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
