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¨COMPORTAMIENTO A TRACCIÓN DEL ACERO ESTRUCTURAL, SEGÚN NORMA NTC 2289, DE DIFERENTES FABRICANTES DE ACERO DE REFUERZO EN EL MERCADO¨ NOMBRE: ANDRES FELIPE CABRERA RENDON CÓDIGO: 503008 NOMBRE: MARIO KOLLER GRANJA CÓDIGO: 501070 UNIVERSIDAD CÁTOLICA DE COLOMBIA FACULTAD DE INGENIERÍA PROGRAMA DE INGENIERÍA CIVIL TRABAJO DE INVESTIGACIÓN BOGOTÁ 2017 ¨COMPORTAMIENTO A TRACCIÓN DEL ACERO ESTRUCTURAL, SEGÚN NORMA NTC 2289, DE DIFERENTES FABRICANTES DE ACERO DE REFUERZO EN EL MERCADO¨ NOMBRE: ANDRES FELIPE CABRERA RENDON CÓDIGO: 503008 NOMBRE: MARIO KOLLER GRANJA CÓDIGO: 501070 Trabajo de Grado para optar al título de Ingenieros Civiles Directora NOMBRE: SCHERAZADA CALDERÓN Ingeniera Civil UNIVERSIDAD CATÓLICA DE COLOMBIA FACULTAD DE INGENIERÍA PROGRAMA DE INGENIERÍA CIVIL TRABAJO DE INVESTIGACIÓN BOGOTÁ 2017 3 Nota de Aceptación ________________________ ________________________ ________________________ ________________________ ________________________ ____________________________ Firma del presidente del jurado ____________________________ Firma del jurado ____________________________ Firma del jurado Bogotá, Abril, 2017 4 DEDICATORIA Principalmente este trabajo es dedicado a Dios, quien fue la guía he hizo posible el presente logro, a mi hija María José Cabrera por ser mi gran motivación y a mis padres por su constante apoyo. Andrés Cabrera. Quiero dedicar este trabajo a mis padres y a toda mi familia, quienes me apoyaron para llegar a este logro; Este trabajo es para Dios quien me brindó la oportunidad de prepararme y dar cada paso. Mario Koller. 5 AGRADECIMIENTOS Agradecemos a la ingeniera Scherazada Calderón por su gran apoyo, aporte, conocimiento y guía en el proyecto, al ingeniero Edwin Guerrero agradecemos la asesoría y el apoyo para el planteamiento del anteproyecto, también queremos mencionar a la señora Nancy Rojas y a la Compañía Concrelab a quienes agradecemos su colaboración para la ejecución de los ensayos de laboratorio. 6 CONTENIDO Pág. INTRODUCCIÓN ................................................................................................... 22 1 GENERALIDADES ............................................................................................. 24 1.1 ANTECEDENTES. ........................................................................................... 24 1.1.1 Norma NTC2289.(Barras corrugadas y lisas de baja aleación para refuerzo de concreto)..……………………………………………………………………………..24 1.1.2 Una investigación de la conveniencia de usar AISI 1117 Acero al carbono en un proceso de enfriamiento y auto-revenido para satisfacer la norma ASTM A 706 de barras de refuerzo. ............................................................................................ 24 1.1.3 Investigación experimental y simulación de estructuras y propiedades de o tracción de barras de refuerzo tratadas con Tempcore ........................................ 25 1.1.4 Resistencia a la flexión y adherencia en vigas de hormigón armado con barras de polímeros reforzados con fibra FRP ...................................................... 26 1.2 PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA. ............................................................. 27 1.2.1 Descripcion del problema .............................................................................. 27 1.2.2 Formulacion del problema ............................................................................. 27 1.3 OBJETIVOS. .................................................................................................... 28 1.3.1 Objetivo general. ........................................................................................... 28 1.3.2 Objetivos especificos. ................................................................................... 28 1.4 JUSTIFICACIÓN. ............................................................................................. 29 1.5 DELIMITACIÓN. .............................................................................................. 30 1.5.1 Espacio. ........................................................................................................ 30 1.5.2 Tiempo. ......................................................................................................... 30 1.5.3 Contenido. ..................................................................................................... 30 1.5.4 Alcance. ........................................................................................................ 30 1.6 MARCO DE REFERENCIA. ............................................................................. 31 1.6.1 Marco teórico. ............................................................................................... 31 1.6.1.1 Características del acero corrugado para concreto reforzado. .................. 31 1.6.1.2 NTC2289 .Barras corrugadas y lisas de baja aleación para refuerzo de concreto (octava actualización).............................................................................. 32 7 1.6.1.3 NSR-10 C.3.5 Acero de refuerzo. .............................................................. 32 1.6.1.4 Requisitos de tracción. ............................................................................... 32 1.6.1.5 Resistencia nominal a la fluencia del acero de refuerzo. ........................... 33 1.6.1.6 En las normas NTC2289:5015 y NTC3353:1997. ...................................... 34 1.6.1.7 Ensayo de tracción en el acero. ................................................................. 34 1.6.1.8 Ensayo de Doblamiento. ............................................................................ 37 1.6.2 Marco conceptual. ......................................................................................... 38 1.6.2.1 Acero de refuerzo. ..................................................................................... 38 1.6.2.2 Compresión. ............................................................................................... 38 1.6.2.3 Tracción. .................................................................................................... 38 1.6.2.4 Esfuerzos. .................................................................................................. 38 1.6.2.5 Resistencia. ............................................................................................... 39 1.6.2.6 Ductilidad. .................................................................................................. 39 1.6.2.7 Rigidez. ...................................................................................................... 39 1.6.2.8 Elasticidad. ................................................................................................. 39 1.6.2.9 Fluencia. .................................................................................................... 39 1.6.2.10 Plasticidad. ............................................................................................... 39 1.6.2.11 Alargamiento. ........................................................................................... 39 1.6.2.12 Rotura. ..................................................................................................... 39 1.6.2.13 Resiliencia. ............................................................................................... 39 1.6.2.14 Tenacidad. ...............................................................................................39 1.6.3 Marco Legal. ................................................................................................. 40 1.6.4 Marco historico. ............................................................................................. 42 1.7 ESTADO DEL ARTE. ....................................................................................... 43 1.8 METODOLOGÍA. ............................................................................................. 44 1.8.1 Tipo de estudio. ............................................................................................ 44 1.8.2 Fuentes de información................................................................................. 44 1.9 DISEÑO METODOLÓGICO ............................................................................. 45 2 INVESTIGACIÓN DEL MERCADO Y SELECCIÓN DE MUESTRAS. ................ 47 2.1 INVESTIGACIÓN DEL ACERO CORRUGADO. .............................................. 47 8 2.2 SELECCIÓN DE MUESTRAS. ........................................................................ 49 3 INSTALACIONES DE LABORATORIO. ............................................................. 52 4 ENSAYOS DE TRACCIÓN CON PROBETA NORMALIZADA. .......................... 53 4.1 PROCEDIMIENTO. .......................................................................................... 53 4.1.1 Descripción del ensayo. ................................................................................ 53 4.1.2 Remisión de muestras al laboratorio. ............................................................ 53 4.1.3 Preparación de muestras. ............................................................................. 53 4.1.4 Zona de trabajo. ............................................................................................ 53 4.1.5 Ensayo de muestras. .................................................................................... 53 5 RESULTADOS Y ANÁLISIS DE MUESTRAS. ................................................... 55 5.1 MUESTRA N°1. ............................................................................................... 55 5.2 MUESTRA N°2. ............................................................................................... 57 5.3 MUESTRA N°3. ............................................................................................... 59 5.4 MUESTRA N°4. ............................................................................................... 61 5.5 MUESTRA N°5. ............................................................................................... 63 5.6 MUESTRA N°6. ............................................................................................... 65 5.7 MUESTRA N°7. ............................................................................................... 67 5.8 MUESTRA N°8. ............................................................................................... 69 5.9 MUESTRA N°9. ............................................................................................... 71 5.10 MUESTRA N°10. ........................................................................................... 73 5.11 MUESTRA N°11. ........................................................................................... 75 5.12 MUESTRA N°12. ........................................................................................... 77 5.13 MUESTRA N°13. ........................................................................................... 79 5.14 MUESTRA N°14. ........................................................................................... 81 5.15 MUESTRA N°15. ........................................................................................... 83 5.16 MUESTRA N°16. ........................................................................................... 85 5.17 MUESTRA N°17. ........................................................................................... 87 5.18 MUESTRA N°18. ........................................................................................... 89 9 5.19 MUESTRA N°19. ........................................................................................... 91 5.20 MUESTRA N°20. ........................................................................................... 93 5.21 MUESTRA N°21. ........................................................................................... 95 5.22 MUESTRA N°22. ........................................................................................... 97 5.23 MUESTRA N°23. ........................................................................................... 99 5.24 MUESTRA N°24. ......................................................................................... 101 5.25 MUESTRA N°25. ......................................................................................... 103 5.26 MUESTRA N°26. ......................................................................................... 105 5.27 MUESTRA N°27. ......................................................................................... 107 5.28 MUESTRA N°28. ......................................................................................... 109 5.29 MUESTRA N°29. ......................................................................................... 111 5.30 MUESTRA N°30. ......................................................................................... 113 5.31 MUESTRA N°31. ......................................................................................... 115 5.32 MUESTRA N°32. ......................................................................................... 117 5.33 MUESTRA N°33. ......................................................................................... 119 5.34 MUESTRA N°34. ......................................................................................... 121 5.35 MUESTRA N°35. ......................................................................................... 123 5.36 MUESTRA N°36. ......................................................................................... 125 5.37 MUESTRA N°37. ......................................................................................... 127 5.38 MUESTRA N°38. ......................................................................................... 129 5.39 MUESTRA N°39. ......................................................................................... 131 5.40 MUESTRA N°40. ......................................................................................... 133 6. CLASIFICACION SEGÚN LA RESISTENCIA A LA FLUENCIA ...................... 135 6.1 CLASIFICACIÓN DEL MATERIAL SEGÚN EL PROVEEDOR Y LOS RESULTADOS OBTENIDOS EN EL LABORATORIO ....................................... .135 6.2 CLASIFICACION SEGÚN CALIDAD. ............................................................ 136 7 COMPARACIÓN DE RESULTADOS. ............................................................... 137 7.1 PESO…. ........................................................................................................ 138 7.2 ALARGAMIENTO EN 200mm. ....................................................................... 139 10 7.3 RESISTENCIA A LA TRACCIÓN. .................................................................. 140 7.4 RESISTENCIA A LA FLUENCIA. ................................................................... 141 7.5 RELACIÓN TRACCIÓN / FLUENCIA. ........................................................... 142 8 DISEÑO ESTRUCTURAL COMPARATIVO EN ETABS. .................................. 143 8.1 COMPARACIÓN DE LAS ÁREAS DE ACERO. ............................................ 147 9 CONCLUSIONES. ............................................................................................ 149 10 RECOMENDACIONES. ..................................................................................151 BIBLIOGRAFÍA. ................................................................................................... 153 ANEXOS….. ........................................................................................................ 154 11 LISTA DE TABLAS Pág. Tabla 1.Número de designación de las barras corrugadas y rollos, peso (masa) nominal, dimensiones nominales y requisitos de los resaltes. ............................... 31 Tabla 2. Requisitos de tracción. ............................................................................. 32 Tabla 3. Composición química del acero. .............................................................. 49 Tabla 4. Relación de muestras. ............................................................................. 51 Tabla 5. Resultados muestra N°1. ......................................................................... 55 Tabla 6. Resultados muestra N°2. ......................................................................... 57 Tabla 7. Resultados muestra N°3. ......................................................................... 59 Tabla 8. Resultados muestra N°4 .......................................................................... 61 Tabla 9. Resultados muestra N°5. ......................................................................... 63 Tabla 10. Resultados muestra N°6. ....................................................................... 65 Tabla 11. Resultados muestra N°7. ....................................................................... 67 Tabla 12. Resultados muestra N°8. ....................................................................... 69 Tabla 13. Resultados muestra N°9. ....................................................................... 71 Tabla 14. Resultados muestra N°10. ..................................................................... 73 Tabla 15. Resultados muestra N°11 ...................................................................... 75 Tabla 16. Resultados muestra N°12. ..................................................................... 77 Tabla 17. Resultados muestra N°13. ..................................................................... 79 Tabla 18. Resultados muestra N°14 ...................................................................... 81 Tabla 19. Resultados muestra N°15. ..................................................................... 83 Tabla 20. Resultados muestra N°16. ..................................................................... 85 12 Tabla 21. Resultados muestra N°17. ..................................................................... 87 Tabla 22. Resultados muestra N°18 ...................................................................... 89 Tabla 23. Resultados muestra N°19. ..................................................................... 91 Tabla 24. Resultados muestra N°20. ..................................................................... 93 Tabla 25. Resultados muestra N°21. ..................................................................... 95 Tabla 26. Resultados muestra N°22. ..................................................................... 97 Tabla 27. Resultados muestra N°23. ..................................................................... 99 Tabla 28. Resultados muestra N°24. ................................................................... 101 Tabla 29. Resultados muestra N°25 .................................................................... 103 Tabla 30. Resultados muestra N°26. ................................................................... 105 Tabla 31. Resultados muestra N°27. ................................................................... 107 Tabla 32. Resultados muestra N°28. ................................................................... 109 Tabla 33. Resultados muestra N°29. ................................................................... 111 Tabla 34. Resultados muestra N°30. ................................................................... 113 Tabla 35. Resultados muestra N°31. ................................................................... 115 Tabla 36. Resultados muestra N°32. ................................................................... 117 Tabla 37. Resultados muestra N°33. ................................................................... 119 Tabla 38. Resultados muestra N°34. ................................................................... 121 Tabla 39. Resultados muestra N°35 .................................................................... 123 Tabla 40. Resultados muestra N°36. ................................................................... 125 Tabla 41. Resultados muestra N°37. ................................................................... 127 Tabla 42. Resultados muestra N°38. ................................................................... 129 Tabla 43. Resultados muestra N°39. ................................................................... 131 13 Tabla 44. Resultados muestra N°40. ................................................................... 133 Tabla 45. Cuadro comparativo de la resistencia del acero, entre las especificaciones establecidas por el proveedor y los resultados obtenidos en los ensayos de laboratorio. ........................................................................................ 135 Tabla 46. Clasificación según calidad. ................................................................. 136 Tabla 47. Comparación de resultados. ................................................................ 137 Tabla 48. Calculo de Zapatas cuadradas con excentricidad. ............................... 146 Tabla 49. Cuadro de zapatas. .............................................................................. 147 Tabla 50. Cuadro comparativo de áreas de acero. .............................................. 148 14 LISTA DE FIGURAS Pág. Figura 1. Resistencia a la fluencia. ........................................................................ 33 Figura 2. Curva esfuerzo - deformación. ................................................................ 34 Figura 3. Límites de tracción. ................................................................................. 35 Figura 4. Máquina de ensayo de resistencia a tracción. ........................................ 36 Figura 5. Ensayo de doblamiento a 180°. .............................................................. 37 Figura 6. Compresión en los materiales. ............................................................... 38 Figura 7. Esfuerzo de tracción. .............................................................................. 38 Figura 8. Acero corrugado de refuerzo. ................................................................. 45 Figura 9. Concrelab. .............................................................................................. 45 Figura 10. Máquina universal de ensayos. ............................................................ 46 Figura 11. Sellos de calidad. .................................................................................. 47 Figura 12. Propaganda HOMECENTER. ............................................................... 47 Figura 13. Sistema ingles de marcación. ............................................................... 49 Figura 14. Concrelab. ............................................................................................ 52 Figura 15. Máquina universal de ensayos perteneciente a Concrelab. .................. 54 Figura 16. Vista en 2D del modelo en SAP2000. ................................................. 144 Figura 17. Numeración de nudos, miembrosy membranas.. .............................. 145 Figura 18. Numeración de y ubicación de zapatas.. ............................................ 146 Figura 19. Numeración de y ubicación de elementos.. ........................................ 147 Figura 20. Comparativo de áreas de acero.......................................................... 148 15 LISTA DE GRAFICOS Pág. Grafico 1. Esfuerzo vs deformación Muestra N°1. ................................................. 55 Grafico 2. Esfuerzo vs deformación Muestra N°2. ................................................. 57 Grafico 3. Esfuerzo vs deformación Muestra N°3. ................................................. 59 Grafico 4. Esfuerzo vs deformación Muestra N°4. ................................................. 61 Grafico 5. Esfuerzo vs deformación Muestra N°5. ................................................. 63 Grafico 6. Esfuerzo vs deformación Muestra N°6. ................................................. 65 Grafico 7. Esfuerzo vs deformación Muestra N°7. ................................................. 67 Grafico 8. Esfuerzo vs deformación Muestra N°8. ................................................. 69 Grafico 9. Esfuerzo vs deformación Muestra N°9. ................................................. 71 Grafico 10. Esfuerzo vs deformación Muestra N°10. ............................................. 73 Grafico 11. Esfuerzo vs deformación Muestra N°11. ............................................. 75 Grafico 12. Esfuerzo vs deformación Muestra N°12. ............................................. 77 Grafico 13. Esfuerzo vs deformación Muestra N°13. ............................................. 79 Grafico 14. Esfuerzo vs deformación Muestra N°14. ............................................. 81 Grafico 15. Esfuerzo vs deformación Muestra N°15. ............................................. 83 Grafico 16. Esfuerzo vs deformación Muestra N°16. ............................................. 85 Grafico 17. Esfuerzo vs deformación Muestra N°17. ............................................. 87 Grafico 18. Esfuerzo vs deformación Muestra N°18. ............................................. 89 Grafico 19. Esfuerzo vs deformación Muestra N°19. ............................................. 91 Grafico 20. Esfuerzo vs deformación Muestra N°20. ............................................. 93 Grafico 21. Esfuerzo vs deformación Muestra N°21. ............................................. 95 16 Grafico 22. Esfuerzo vs deformación Muestra N°22. ............................................. 97 Grafico 23. Esfuerzo vs deformación Muestra N°23. ............................................. 99 Grafico 24. Esfuerzo vs deformación Muestra N°24. ........................................... 101 Grafico 25. Esfuerzo vs deformación Muestra N°25. ........................................... 103 Grafico 26. Esfuerzo vs deformación Muestra N°26. ........................................... 105 Grafico 27. Esfuerzo vs deformación Muestra N°27. ........................................... 107 Grafico 28. Esfuerzo vs deformación Muestra N°28. ........................................... 109 Grafico 29. Esfuerzo vs deformación Muestra N°29. ........................................... 111 Grafico 30. Esfuerzo vs deformación Muestra N°30. ........................................... 113 Grafico 31. Esfuerzo vs deformación Muestra N°31. ........................................... 115 Grafico 32. Esfuerzo vs deformación Muestra N°32. ........................................... 117 Grafico 33. Esfuerzo vs deformación Muestra N°33. ........................................... 119 Grafico 34. Esfuerzo vs deformación Muestra N°34. ........................................... 121 Grafico 35. Esfuerzo vs deformación Muestra N°35. ........................................... 123 Grafico 36. Esfuerzo vs deformación Muestra N°36. ........................................... 125 Grafico 37. Esfuerzo vs deformación Muestra N°37. ........................................... 127 Grafico 38. Esfuerzo vs deformación Muestra N°38. ........................................... 129 Grafico 39. Esfuerzo vs deformación Muestra N°39. ........................................... 131 Grafico 40. Esfuerzo vs deformación Muestra N°40. ........................................... 133 Grafico 41. Comparación peso (g). ...................................................................... 138 Grafico 42. Comparación alargamiento en 200mm. ............................................. 139 Grafico 43. Comparación resistencia a la traccion. .............................................. 134 Grafico 44. Comparación resistencia a la fluencia. .............................................. 141 17 Grafico 45. Comparación relación tracción / fluencia. .......................................... 142 18 LISTA DE ANEXOS Pág. ANEXO A REGISTRO FOTOGRÁFICO………………….………..……………………………154 ANEXO B COTIZACIÓN Y FACTURA………………………………….……….…….…….….172 ANEXO C REMISIÓN DE MUESTRAS AL LABORATORIO………...........………….……. 177 ANEXO D MODELO MATEMÁTICO RESISTENCIA FY=420MPA SAP2000…….…….... 183 ANEXO E MODELO MATEMÁTICO RESISTENCIA FY=298MPA SAP200.………….…. 214 ANEXO F DISEÑO DE ELEMENTOS.………..………………………………………….…... 242 ANEXO G ANÁLISIS SÍSMICO………………..….………………………………………...…. 304 19 GLOSARIO ACERO. Aleación de hierro y de carbono en diferentes proporciones. ALEACIÓN. Mezcla de dos o más metales. BAJA ALEACIÓN. Mezcla de dos o más metales, con contenido bajo de carbono. CALIDAD. Propiedades que caracterizan un producto y permiten valorar en comparación de otros similares. CONSTRUCCIÓN. Es la técnica de elaborar edificios e infraestructuras. ACERO CORRUGADO. Aleación de hierro y de carbono en diferentes proporciones, con resaltes en su cuerpo. DISEÑO. Es la configuración y creación de esquemas con el fin de proyectar y concretar una estructura. DEFORMACIÓN. Cambio de forma en un cuerpo debido a fuerzas aplicadas en el mismo. ESTRUCTURA. Es la distribución y disposición de elementos dentro de un cuerpo. ESFUERZO. Es la evaluación de una fuerza por unidad de área ENSAYO. Es la evaluación experimental basada en un objeto. ENSAYO MECÁNICO. Es la evaluación experimental de las propiedades físicas y mecánicas de un objeto. FABRICACIÓN. Confección y elaboración de un producto. INSPECCIÓN. Es la acción de examinar y evaluar un producto o actividad en términos de calidad. MERCADO. Orden comercial de un producto o servicio. NORMA. Es un conjunto de reglas que determinan el uso e implementación adecuada de algo. OBRA. Toda la construcción o partes identificables separadamente que se debe construir. PROVEEDOR. Empresa que abastece u ofrece un producto o servicio. 20 REFUERZO. Complemento que refuerza y brinda mayor resistencia. RESISTENCIA. Es la oposición a la acción de una fuerza. REQUISITO. Condición necesaria establecida para algo. SIDERURGIA. Conjunto de técnicas metalúrgicas que se dedican a la extracción y transformación del hierro. TRACCIÓN. Es la acción de tensionar un objeto hacia el punto donde trabajan los esfuerzos. 21 RESUMEN El presente proyecto consiste en evaluar el comportamiento del acero corrugado de refuerzo, mediante ensayos de tracción según la norma NTC2289, para diferentes fabricantes de acero de refuerzo en el mercado. Para el cumplimiento de los objetivos propuestos, se tomaron muestras significativas de barras de acero corrugado de diferentes proveedores y fabricantes en el país, con el fin de comparar laspropiedades mecánicas y clasificar las muestras según su calidad, para analizar el comportamiento a tracción del acero estructural. El fin investigativo del proyecto es determinar si realmente se garantiza que la calidad de los materiales determinados en un diseño estructural, sea la misma calidad de los materiales empleados al momento de la construcción. PALABRAS CLAVES. TRACCIÓN, ACERO DE REFUERZO, CALIDAD, ENSAYOS MECÁNICOS, NSR-10, NTC2289. 22 INTRODUCCIÓN El presente proyecto de grado enfoca su investigación en el acero corrugado de refuerzo usado en las estructuras de concreto reforzado, partiendo desde las características técnicas y propias del material. Este tiene una gran relevancia en el diseño de las estructuras y en la construcción de las mismas, por ello cada material tiene un mínimo requisito de exigencia donde cumpla todas sus características para lograr el buen desempeño de la estructura, entendiendo que una estructura debe garantizar una gran resistencia de sus materiales para que estos trabajen adecuadamente para brindarle la seguridad sismo resistente y así poder preservar las vidas humanas y ofrecer mayor comodidad a las mismas, de esta manera se busca cumplir los requisitos y recomendaciones estipulados en la Norma Sismo Resistente NSR 10. La finalidad del proyecto es observar las notables diferencias de la industria siderúrgica y la importancia de la calidad. Se estudiará la resistencia de los materiales, tomando muestras significativas de los distintos fabricantes del mercado, llevándolas a laboratorio para estudiar las propiedades propias del acero analizando la resistencia mediante ensayos de tracción, y así cumplir lo que acuerda la norma NTC-2289, respecto al acero estructural. A partir de esto conocer la importancia del acero de refuerzo para concreto y el comportamiento de las estructuras, las cueles deben funcionar y cumplir en su totalidad con la norma NSR-10. Las estructuras de concreto reforzado, son estructuras conformadas por concreto y refuerzo de acero, lo cual permite que las estructuras trabajen absorbiendo esfuerzos debido a la tracción y a la compresión de fibras internas. Las características de los materiales son muy importantes, esto por motivo de calidad, la cual se define por la resistencia de los mismos, en el caso del acero este tiene una importancia por su notable resistencia nominal a la fluencia, la cual corresponde al punto límite del acero o punto de fluencia, en este punto se encuentran la máxima resistencia a compresión y tracción, las cuales definen la calidad del acero. En Colombia hay un amplio mercado de la industria siderúrgica, allí se puede encontrar gran variedad de aceros para refuerzo, clasificados por su resistencia la cual puede ser baja, mediana o alta. Esto basado en la importancia de la optimización de recursos al momento de diseñar y construir pensando en una forma de mayor economía y excelente calidad de proyectos, pero esto no quiere decir que para reducir costos se deben emplear materiales de baja calidad. Un proyecto estructural debe ser balanceado de esta manera poder diseñar y construir bien. 23 Es importante que los materiales tengan altos estándares de calidad, algo que las industrias han conseguido, supliendo las necesidades y los requisitos de los constructores; pero también hay grandes y pequeñas empresas que tienen bajos estándares de calidad en su producción. 24 1 GENERALIDADES 1.1 ANTECEDENTES En los antecedentes se pueden encontrar distintas aplicaciones y documentos existentes relacionados con el tema y título del presente proyecto. A continuación, se citan los más importantes y los que se asemejan al contenido del mismo. 1.1.1 Norma NTC 2289. (Barras corrugadas y lisas de acero de baja aleación, para refuerzo de concreto). Resumen. Se presenta la norma como antecedente principal, ya que esta tiene en su contenido todas las propiedades y requisitos mecánicos que debe tener el acero de refuerzo en Colombia, habla del desarrollo de los ensayos de tracción y define el objetivo de los ensayos en la norma, con la cual se desarrolla la presente investigación. 1.1.2 Una investigación de la conveniencia de usar AISI 1117 Acero al carbono en un proceso de enfriamiento y auto-revenido para satisfacer la norma ASTM A 706 de barras de refuerzo. Autor. Allen, Matthew. Tutor. Wang, Zhirui. Departamento. Ciencia e Ingeniería de Materiales, Universidad de Toronto Fecha de asunto: 11-Aug-2011. Resumen. Se realizaron experimentos para investigar el potencial de usar un proceso de tratamiento térmico de enfriamiento automático y templado con acero AISI 1117 para satisfacer las propiedades mecánicas de la varilla corrugada ASTM A 706. Se realizaron una serie de ensayos de temple y se estudió la microestructura y las propiedades mecánicas resultantes usando microscopía óptica, medición de micro dureza y ensayos de tracción. La presencia de martensita a lo largo de las muestras contribuyó a la resistencia reforzada y al coeficiente de endurecimiento por deformación (resistencia a la tracción) del material. Los resultados experimentales mostraron que el AISI 1117 es capaz de cumplir con la norma ASTM. Además de los experimentos, se desarrolló un modelo de computadora utilizando el método de diferencias finitas e incorporando la transferencia de calor y la evolución de la microestructura para ayudar en la optimización futura del proceso de tratamiento térmico1. 1 (Allen, M. (2011). An Investigation of the Suitability of Using AISI 1117 Carbon Steel in a Quench and Self-Tempering Process to Satisfy ASTM A 706 Standard of Rebar (Doctoral dissertation, University of Toronto) https://tspace.library.utoronto.ca/browse?type=author&value=Allen%2C+Matthew+ https://tspace.library.utoronto.ca/browse?type=author&value=Wang%2C+Zhirui+ 25 Opinión. Se señala como antecedente la investigación de este trabajo en barras de acero corrugado, para conocer las propiedades mecánicas de este tipo de acero según la ASTM A706, como tema principal los ensayos de resistencia a la tracción del material y como resultado el mejoramiento de la resistencia a través de procesos térmicos. 1.1.3 Investigación experimental y simulación de estructuras y propiedades de tracción de barras de refuerzo tratadas con Tempcore. Autor. No registra. Tutor. Elsevier Departamento. Facultad de Ingeniería, Universidad de Ain-Shams, El Cairo, Egipto Fecha del asunto. Recibido 8 de Abril 2015, Revisado 4 de Noviembre 2015, Aceptado 23 de Noviembre 2015, disponible en linea 27 Noviembre 2015 Resumen. Este artículo presenta un modelo matemático para simular el proceso modelo térmico, el modelo consta de tres partes sucesivas. El modelo térmico se utiliza para predecir la distribución de la temperatura a través de la barra sobre su cuerpo entero. La salida de este modelo se utiliza para calcular el área de martensita formada en la capa externa y el corazón de ferrita-perlita. La regla compuesta de mezclas (ROM) se utiliza para correlacionar el límite de elasticidad a la tracción de la barra con la fracción de volumen de martensita y ferrita-perlita. El modelo es capaz de predecir el efecto de varios parámetros del proceso a saber; El diámetro de la barra, la temperatura de laminación, el número y el ajuste de las toberas de enfriamiento, el caudal del agua de refrigeración y el tiempo de enfriamiento en las condiciones térmicas a través de la barra durante diferentes etapas del proceso. Se encuentra un buen acuerdo entre los resultados predichos y los datos experimentales para el acero B500B con diámetros de 10 a 16 mm y la resistencia a la deformación varió de 400 MPa a 700 MPa2. Opinión. Tiene como importancia establecer este trabajo como antecedente porla gran relevancia que se le da al límite de elasticidad a la tracción, cuando se simula un proceso térmico en las barras de acero corrugado y el aumento de su resistencia. 2 (Khalifa, H., Megahed, G. M., Hamouda, R. M., & Taha, M. A. (2016). Experimental investigation and simulation of structure and tensile properties of Tempcore treated rebar. Journal of Materials Processing Technology, 230, 244-253. 26 1.1.4 Resistencia a la flexión y adherencia en vigas de hormigón armado con barras de polímeros reforzados con fibra FRP. Autor. Rodríguez Ramos Tutor. Pérez Arango Departamento. Ingeniería de materiales, Universidad Nacional de Colombia, sede Medellín. Fecha del asunto. 29 de septiembre 2014 Resumen. El marco teórico del trabajo de investigación, incluye apartes de las últimas publicaciones relacionadas con el tema del diseño y construcción de hormigones con barras de plástico reforzadas con fibras FRP (Fiber Reinforced Polymer) en la construcción civil, a nivel mundial. Las propiedades físico- mecánicas de los morteros reforzados con barras de FRP, como son la resistencia a la flexión y la adherencia se evaluaron en modelos de vigas de sección rectangular, sometiéndolas a ensayos a flexión; que una vez falladas, se observaron en el microscopio electrónico de barrido y el microscopio estereoscópico para evaluar de manera cualitativa la adherencia; que también se evaluó de manera cuantitativa por técnicas de arrancamiento. Todos estos ensayos se realizaron con equipos instalados en la Universidad Nacional de Colombia, sede Medellín. Los resultados obtenidos permiten ofrecer una nueva alternativa de reforzamiento de estructuras de hormigón con FRP, que garantice el buen comportamiento (resistencia y adherencia) de éstos nuevos materiales como refuerzo interno y aplicación estructural adecuada y factible, validando los resultados y su aplicación en Colombia3. Opinión. Se resalta como antecedente en Colombia, el análisis de las propiedades mecánicas de los materiales de refuerzo, cuando se cambian o se alteran los materiales. 3 (De la Cruz Morales, Claudia Jenny (2004) Resistencia a la flexión y adherencia en vigas de hormigón armado con barras de polímeros reforzados con fibra FRP. Maestría tesis, Universidad Nacional de Colombia, Sede Medellín.) 27 1.2 PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA 1.2.1 Descripción del problema. El acero de refuerzo, comercialmente es ofrecido por una numerosa cantidad de empresas siderúrgicas, donde varían considerablemente los costos de los materiales y así mismo los estándares de calidad; por tal motivo, se genera la necesidad de realizar un análisis de muestras significativas, que permitan hacer una comparación entre las mismas. 1.2.2 Formulación del problema. ¿Realmente se garantiza que la calidad de los materiales determinados en un diseño estructural, sea la misma calidad de los materiales empleados al momento de la construcción? La industria siderúrgica en Colombia está creciendo de una forma notoria, hoy en día algunos fabricantes cumplen los estándares de calidad, pero hay otras empresas de menor envergadura, las cuales al no tener los procesos certificados, pueden variar las propiedades mecánicas del acero, afectando el comportamiento de las estructuras. Los materiales son sometidos a prueba durante su fabricación y producción; sin embargo, en la construcción se exigen ensayos de los mismos, para garantizar la seguridad estructural de las edificaciones. ¿En Colombia la industria siderúrgica asegura y garantiza dicha clasificación del acero de refuerzo? En este campo de la industria Colombiana se sitúan desde las más grandes compañías hasta las más pequeñas compañías, en todos los casos se debería ofrecer un catálogo que defina el material que se está suministrando y las pruebas a las cuales son sometidos durante su producción y justificar el material antes de ser distribuido para su comercialización, allí entra el criterio de quien es proveedor y de quien adquiere el producto. 28 1.3 OBJETIVOS 1.3.1 Objetivo general Realizar una comparación de las resistencias según su clasificación, baja, mediana y alta resistencia, de diferentes proveedores de barras de acero corrugado en Colombia, mediante ensayo de tracción con probeta normalizada, poder analizar y realizar una comparación con los resultados obtenidos. 1.3.2 Objetivos específicos Clasificar los materiales según el proveedor, por su resistencia (baja, mediana, alta resistencia). Realizar un análisis del comportamiento de los materiales mediante los ensayos y resultados obtenidos en laboratorio. Determinar y comparar las diferencias de las resistencias del material según especificación del fabricante, y los ensayos realizados en el laboratorio. Determinar las características propias del acero, módulo de elasticidad, límite de fluencia, limite elástico, resistencia a tracción. Realizar comparaciones de los resultados de las probetas mediante curvas de esfuerzo vs deformación. Diseñar un ejemplo de una estructura y cimentación definiendo materiales de construcción, que permita comparar con un diseño del mismo ejemplo pero definiendo los materiales con los resultados de resistencias obtenidas en laboratorio. 29 1.4 JUSTIFICACIÓN Hoy en día los proyectos se caracterizan por la búsqueda de eficiencia, eficacia y economía al momento de construir, esto queriendo cumplir con programaciones estrictas, buscando una relación donde se disminuyan tiempos y se disminuya el presupuesto destinado a los materiales. Allí se entra a analizar qué tan fácil se adquiere el producto y cuánto cuesta suministrar todo el material que necesita el proyecto; pero, ¿se garantiza la calidad del material, los procesos y usos que se le dan después de su fabricación y su manejo en obra?, ¿cómo mantiene sus propiedades?, ¿por qué la importancia de un buen manejo y disposición? Teniendo en cuenta lo anterior se realiza una investigación del acero de refuerzo que se fabrica, comercializa y se produce en el país, con el fin de establecer la calidad del mismo y aún más importante la seguridad que brinda al momento de construir, buscando comprobar que normativamente se estén cumpliendo las exigencias y necesidades. Las autoridades se han empeñado en establecer rigurosas medidas normativas para la producción y comercialización de acero, así mismo los constructores deben conocer la calidad del producto que adquieren tal como lo establece el titulo C de la NSR-10. La calidad de los materiales debe ser certificada y evaluada, se debe calificar y estudiar cada una de sus propiedades, las cuales deben cumplir lo establecido en el titulo C.3.5 Acero de refuerzo de la NSR-10, y en la norma NTC2289 BARRAS CORRUGADAS Y LISAS DE ACERO DE BAJA ALEACIÓN, PARA REFUERZO DE CONCRETO, donde limitan y controlan las propiedades del material para la fabricación y producción del mismo. 30 1.5 DELIMITACIÓN 1.5.1 Espacio. Dentro del espacio establecido para desarrollar el proyecto se involucra la investigación de la industria siderúrgica, lo que conlleva a la búsqueda de distintos proveedores, fabricantes, comercializadores y puntos de venta de acero de refuerzo, con el fin de recolectar las muestras que van a ser destinadas para los ensayos. También se tiene en cuenta la búsqueda de laboratorios certificados, para el desarrollo de los ensayos que requiere el presente proyecto, ya sea estableciendo un convenio con una universitaria o con una entidad privada que tenga la disposición de equipos óptimos para la investigación. La realización del informe y el proyecto respecto al espacio se establece en el contexto que requiera el mismo para su mejor desarrollo, es decir que el cumplimiento de este se llevara a cabo en losrespectivos domicilios e instalaciones de la universidad. 1.5.2 Tiempo. La delimitación de tiempo para el presente proyecto es la establecida por el grupo coordinador de trabajos de grado, quienes entregan un cronograma de trabajo, especificando fechas las cuales son ajustadas desde el planteamiento del anteproyecto, lo que permite desarrollar y programar las actividades y la ejecución del proyecto. Esto conlleva el proyecto a ser desarrollado en tiempos cortos, generando mayores esfuerzos por parte de los estudiantes y el tutor para cumplir con lo establecido. 1.5.3 Contenido. El presente proyecto tiene un amplio contenido debido a la investigación y los objetivos del mismo, se encuentra un extenso tema que tiene gran importancia y requiere el análisis detallado de los ensayos y los resultados obtenidos, buscando consolidar la información necesaria que permita cumplir con el proyecto. 1.5.4 Alcance. Se establece el alcance a partir de los objetivos, el cual es evaluar el comportamiento del acero corrugado de refuerzo de distintos fabricantes del país según sus propiedades mecánicas de tracción requerida, según la norma NTC2289. 31 1.6 MARCO DE REFERENCIA 1.6.1 Marco teórico 1.6.1.1 Características del acero corrugado para concreto reforzado (NTC248). El acero es utilizado para suplir la limitada resistencia a tracción del concreto, absorbiendo los esfuerzos y aumentando la resistencia. El acero corrugado son varillas corrugadas tal como su nombre lo dice, esto para mayor adherencia del concreto. Para el caso de este proyecto se va a analizar un acero de grado 60 según la norma NTC 2289 y la ASTM A706, que es el más común en este país, el cual presenta un esfuerzo de fluencia de 4200kg/cm2 y una resistencia mínima a la tracción a la rotura de 6300kg/cm2. El acero nominal en Colombia comercialmente se encuentra en las dimensiones consignadas en la tabla que se presentara a continuación: Tabla 1.Número de designación de las barras corrugadas y rollos, peso (masa) nominal, dimensiones nominales y requisitos de los resaltes. Fuente: INSTITUTO COLOMBIANO DE NORMAS TÉCNICAS, barras corrugadas y lisas de acero de baja aleación, para refuerzo de concreto. NTC-2289, (OCTAVA ACTUALIZACIÓN), Bogotá.: Año 2015. p4. [Citado: 29, Marzo., 2017]. Disponible en: El instituto. 32 1.6.1.2 NTC-2289 barras corrugadas y lisas de acero de baja aleación, para refuerzo de concreto (octava actualización). Esta norma se realizó en base a la norma ASTM A706/A 706M.2006, dentro de la norma se encuentra un amplio estudio en el cual participaron varios entes de investigación y distintas empresas dedicadas a la producción de acero. La norma hace énfasis en las propiedades mecánicas y la composición química del material, en especial las propiedades de tracción controlada o requerida. Por medio de la norma se regula y se califican los requisitos mínimos, para la calidad del acero producido por las distintas empresas dedicadas a la fabricación y comercialización de acero de refuerzo. 1.6.1.3 NSR-10 C.3.5 Acero de refuerzo. En la norma sismo resistente del 2010 se encuentra establecido en el titulo C, capitulo C3, véase en el C.3.5 Acero de refuerzo, donde se establecen los requisitos y recomendaciones que señala el reglamento respecto al acero de refuerzo que se debe utilizar, indican que se debe utilizar el acero corrugado de baja aleación que cumpla con lo establecido en la NTC-2289. Señala varios aspectos respecto a las propiedades mecánicas, los ensayos de tracción y los cálculos a realizar según lo establecen las normas en las cual se apoya la NSR-10. 1.6.1.4 Requisitos de tracción. El acero de refuerzo calificado debe cumplir con unos estándares controlados o requeridos de tracción, estos permiten definir la calidad del acero, y dan a conocer si la barra de refuerzo se encuentra óptima, mediante los ensayos de tracción se puede definir y establecer si cumple con dichos requisitos, que permiten conocer la calidad según la resistencia obtenida. Tabla 2. Requisitos de tracción. Fuente. Ibit., p.4. [Citado: 29, Marzo., 2017]. Disponible en: El instituto. 33 1.6.1.5 Resistencia Nominal a la Fluencia del Acero de Refuerzo. La resistencia a la fluencia es la capacidad del material de soportar la deformación plástica, es la carga límite a partir de la cual el comportamiento del material cambia del estado elástico al estado de deformación plástica.4 Estas resistencias corresponden a la calidad del material y su respuesta a los esfuerzos de tracción y compresión. Baja resistencia 240Mpa Mediana resistencia 350Mpa Alta resistencia 420Mpa Este análisis también se realiza mediante ensayos de laboratorio los cuales serán mencionados más adelante, se presentara una gráfica de la clasificación general del acero donde se encuentra la resistencia vs deformación. Figura 1.Resistencia a la fluencia. Fuente: Jorge Ignacio Segura Franco, Estructuras de concreto I, Universidad Nacional de Colombia, séptima edición, 2011, Bogotá.: p9. [Citado: 30, Marzo., 2017]. Disponible en: Universidad Nacional de Colombia. 4 Harold Alberto Muñoz M, MANUAL DEL ACERO GERDAU DIACO PARA CONSTRUCCIONES SISMO RESISTENTES, DIACO SA, tierra edición, 2012, Bogotá.: p26. [Citado: 29, Marzo., 2015]. Disponible en: DIACO SA 34 1.6.1.6 En las normas NTC 2289:2015 y NTC 3353:1997. Para los ensayos de tensión, doblamiento y resistencia al corte. Con estos ensayos se determina el cumplimiento de las propiedades mecánicas del acero. 1.6.1.7 Ensayos de tracción en el acero. Este ensayo es utilizado para medir la resistencia del acero cuando es sometido a una fuerza estática aplicada lentamente, ejerciendo una fuerza de tensión gradualmente hasta producir la rotura de la varilla. Este ensayo permite conocer las propiedades del material como: Módulo de elasticidad. Coeficiente de poisson. Límite de fluencia (fy). Limite elástico. Resistencia a la tracción. Alargamiento. Figura 2. Curva esfuerzo - deformación. Fuente: Ibit., p30. [Citado: 29, Marzo., 2015]. Disponible en: DIACO SA 35 En la gráfica se encuentran cinco zonas definidas de la siguiente manera: Zona A. Comportamiento elástico. Zona B. Punto de fluencia. Zona C. Deformación plástica. Zona D. Zona de estricción o rotura. Figura. 3 Limites de tracción. Fuente: https://ibiguridp3.wordpress.com/res/esf/ Bogotá: [citado: 29, Marzo., 2017]. Disponible en: Internet. Límite de elasticidad (E). Es la máxima tensión que se puede producirse sin que haya deformación permanente.5 https://ibiguridp3.wordpress.com/res/esf/ 36 Límite de proporcionalidad (P). Es la máxima tensión que se puede producir en la zona donde la tensión es una función lineal. Suele coincidir con el anterior.5 Límite de fluencia (B), también llamado límite aparente de elasticidad. Es una medida arbitraria tomada por acuerdo internacional. Surge a partir del punto donde se produce una deformación de 0,2%.5 Carga de rotura (R) o límite de rotura. Es la carga máxima por unidad de sección que resiste el material antes de romperse.5 Rotura efectiva (U). Punto donde rompe la probeta.5 Alargamiento de rotura. Es el alargamiento que sufre el material antes de romperse.5 Estricción. Es la reducción de la sección que sufre la probeta en la zona de rotura. El alargamiento y la estricción se usan para ver el grado de ductilidad de los materiales.5 A continuación se presenta una ilustración del ensayo de tracción: Figura 4. Máquina de Ensayo de resistencia a la tracción Fuente: Escuela Colombiana de Ingeniería, Facultad de ingeniería industrial, laboratorio de producción, ensayo de tensión, protocolo, curso de materiales, edición 2008-1, Bogotá, 2008. p5. [Citado: 30, Marzo., 2017]. Disponible en: Escuela colombiana deingenieros. 5 Resistencia de materiales Bogotá: [citado: 29, Marzo., 2015]. Disponible en: Internet. https://ibiguridp3.wordpress.com/res/esf/ https://ibiguridp3.wordpress.com/res/esf/ 37 1.6.1.8 Ensayo de doblamiento. En este laboratorio se analiza el comportamiento del acero al ser sometidos a un esfuerzo de flexión pura. Mediante el doblado de la barra en condiciones predefinidas se trata de determinar el efecto sobre la superficie exterior de la porción doblada. El ensayo se realiza de forma lenta y constante para permitir el deslizamiento de la barra y controlando que el eje de la barra permanezca perpendicular al eje del doblamiento. El ensayo evalúa el agrietamiento o rotura de la parte exterior de la zona doblada.6 Figura. 5 ensayo de doblamiento a 180°. Fuente:http://caminos.udc.es/info/asignaturas/406/contenido_publico/recursos/TEMA_01_Ensayos_Elemental es.pdf Bogotá: [citado: 30, Marzo., 2017]. Disponible en: Internet. 6 MUÑOZ. Op. Cit., p32. [Citado: 29, Marzo., 2015]. Disponible en: DIACO SA. 38 1.6.2 Marco conceptual 1.6.2.1 Acero de Refuerzo. El acero es una aleación de hierro y proporciones de carbón, de grado 60 en forma corrugada, el acero de refuerzo tiene como función absorber los esfuerzos de compresión y tracción. 1.6.2.2 Compresión. El esfuerzo de compresión es resultante de accionar fuerzas que actúan en la misma dirección en sentido contrario, produciendo que el material reduzca su longitud y sufra deformaciones. Figura 6. Compresión en los materiales Fuente:http://amoviblesio.blogspot.com.co/2015/11/compresion-traccion-flexion-torsion.html Bogotá: [citado: 30, Marzo., 2017]. Disponible en: Internet. 1.6.2.3 Tracción. El esfuerzo de tracción al igual que el esfuerzo de compresión es resultante de accionar dos fuerzas que actúan en la misma dirección en sentido contrario, en la tracción produce un alargamiento del material, hasta el punto de su fluencia o plasticidad del material. Figura 7. Esfuerzo de tracción. Fuente:http://amoviblesio.blogspot.com.co/2015/11/compresion-traccion-flexion-torsion.html Bogotá: [citado: 30, Marzo., 2017]. Disponible en: Internet. 1.6.2.4 Esfuerzos. Los esfuerzos son la evaluación de una intensidad de fuerza interna de un cuerpo cuando es sometido a la acción de una o varias fuerzas externas. http://amoviblesio.blogspot.com.co/2015/11/compresion-traccion-flexion-torsion.html http://amoviblesio.blogspot.com.co/2015/11/compresion-traccion-flexion-torsion.html 39 1.6.2.5 Resistencia. La resistencia es la capacidad de carga por unidad de área por medio del cual se evalúan los materiales. 1.6.2.6 Ductilidad. Es la capacidad que tiene el acero de deformarse cuando es sometido a una fuerza. 1.6.2.7 Rigidez. Es la capacidad y resistencia que tiene el acero cuando está sometido a cargas sin presentar mayores deformaciones. 1.6.2.8 Elasticidad. Es la propiedad que tiene el acero o cualquier material, cuando es sometido a cargas, presentando su capacidad de deformarse elásticamente y recuperar su forma inicial en la disminución de cargas o descarga. 1.6.2.9 Fluencia. Es la deformación del acero o de cualquier material cuando es sometido a cargas, sin poder recuperar su estado inicial. 1.6.2.10 Plasticidad. Es la capacidad mecánica que tiene el acero de deformarse de manera irreversible por encima de su límite elástico cuando es sometido a cargas. 1.6.2.11 Alargamiento. Es la cantidad de estricción o alargamiento que sufre un cuerpo por su unidad de longitud cuando es sometido a tracción. 1.6.2.12 Rotura. Es el punto donde sufre la fractura el acero luego de ser sometido a la tracción. 1.6.2.13 Resiliencia. Es la capacidad que tiene el material de conservar la energía dentro de la zona elástica. 1.6.2.14 Tenacidad. Es la capacidad que tiene el material de conservar la energía dentro de la zona plástica. 40 1.6.3 Marco legal El marco legal del presente proyecto se desarrolla con base en norma Colombiana sismo resistente del año 2010 (NSR-10), y en la norma técnica Colombiana 2289 del año 2007 (NTC2289:2007). La NSR-10 en el titulo C, capitulo C.3.5 tiene como título ¨Acero de refuerzo¨, en donde se establecen los requisitos del acero de refuerzo corrugado los cuales deben cumplir con la NTC2289:2007 y señala los aspectos a tener en cuenta respecto a las propiedades del acero. La NTC2289:2007 tiene como título BARRAS CORRUGADAS Y LISAS DE ACERO DE BAJA ALEACIÓN, PARA REFUERZO DE CONCRETO, la cual contiene: las barras corrugadas y lisas de acero de baja aleación, rectas o en rollos, para refuerzo de concreto usado en aplicaciones donde las restricciones en las propiedades mecánicas y de composición química son compatibles para la aplicación de propiedades de tracción controladas o requeridas que sirvan para mejorar la soldabilidad.7 Otras normas referenciadas en la NSR-10, para la aplicación de la NTC2289 son las siguientes: NTC 161, Barras (y rollos) lisos y corrugados de acero al carbono. NTC 248, barras de acero al carbono, liso y corrugado, para refuerzo de concreto (ASTM A615/A615M). NTC 2674:1998, Siderurgia. Empaque, rotulado y métodos de carga de productos de acero para despacho doméstico (ASTM A 700). NTC 3353:1997, Siderurgia. Definiciones y métodos para los ensayos mecánicos de productos de acero (ASTM A 370). NTC 4004, Siderurgia. Barras de acero con recubrimiento epóxico para refuerzo de concreto (ASTM A 775/A 775M). NTC 4040:1997, Soldadura. Procedimiento de soldadura para el acero de refuerzo (ANSI/AWS D1.4). ASTM A751, Test Methods, Practices, and Terminology for Chemical Analysis of Steel Products. 7 INSTITUTO COLOMBIANO DE NORMAS TÉCNICAS, barras corrugadas y lisas de acero de baja aleación para refuerzo de concreto. NTC-2289. Bogotá D.C, Octava edición, 2015. p6. [citado: 30, Marzo., 2015]. Disponible en: El instituto. 41 ASTM A6/A6M, Specification for General Requirements for Rolled Structural Steel Bars, Plates, Shapes, and Sheet Piling. ASTM A510, Specification for General Requirements for Wire Rods and Coarse Wound Wire, Carbon Steel. ASTM A510M, Specification for General Requirements for Wire Rods and Coarse Wound Wire, Carbon Steel (Metric). ASTM E29:1993, Practice for Using Significant Digits in Test Data to Determine Conformance with Specifications. 42 1.6.4 Marco histórico A comienzos de los años 1900 la Asociación Americana de Ensayos de Materiales desempeñó el trabajo de generar normas mediante investigaciones, que certificaran los materiales por medio de sus características y propiedades calificadas para el uso adecuado del mismo. En Colombia, a partir del año 1993, el ICONTEC fue acreditado como el único ente en Colombia que califica y certifica los productos del sector industrial y los sistemas de calidad. Desde entonces ha venido rigiendo y desarrollando normas técnicas, como la mencionada en el proyecto, la norma técnica Colombiana NTC2289:2015 en su octava edición, la cual ha venido desarrollando el estudio y contenido de la norma con la colaboración de algunas empresas siderúrgicas y productoras de acero en el país. La norma fue realizada y modificada en referencia a la norma internacional ASTM A 706/A 706M. Debido a las catástrofes y eventos sísmicos en Colombia se da origen al Código Colombiano de Construcciones Sismo Resistentes en el año 1984. Siendo insuficiente para los requisitos del país, se siguió investigando y actualizando la normatividad hasta una nueva modificación en 1997. En el año 1998 nace la NSR- 98, buscando establecer los criterios y requisitos mínimos para el diseño, construcción y supervisión técnica de edificaciones, de esta manera se continuó trabajando y actualizando para responder a las exigenciasy necesidades del país hasta establecer la NSR-10. Dentro de la normatividad vigente se viene trabajando bajo documentos bases internacionales que han sido de gran importancia para desarrollarla dentro del país. En estos se mencionan los hechos más importantes y las normas necesarias que establecen adecuadamente el acero de refuerzo y todas sus propiedades, se encuentra una gran investigación con el apoyo de Institutos y Universidades, así como de la industria, para certificar el acero como material de construcción. 43 1.7 ESTADO DEL ARTE En la actualidad en Colombia se viene estudiando y conociendo la importancia del acero corrugado de refuerzo, mediante una búsqueda de mejorar los criterios y requisitos mínimos para el diseño, construcción y supervisión técnica, generando un fin investigativo que ayude en el avance continúo, y un mejor desarrollo profesional. El ICONTEC (Instituto Colombiano de Normas Técnicas), establece la normatividad para la certificación de productos como el acero, este instituto desarrolla investigaciones de manera técnica con el apoyo de la industria siderúrgica del país, también cuenta con el apoyo de universidades que están enfocadas en la investigación y el estudio para el desarrollo de la normatividad. En las etapas de diseño, construcción y supervisión técnica de una edificación o estructura, es muy importante el conocimiento de los materiales, el profesional debe contar con la capacidad de garantizar el cumplimiento de la normatividad, respecto a la procedencia del material, sus propiedades mecánicas y sus respectivos ensayos y el uso adecuado de los materiales para que ellos cumplan la exigencias a satisfacción. La producción y fabricación del acero dependiendo fundamentalmente de los recursos y la explotación de materiales para la composición química y colada de los materiales, que cumplan con los requisitos y con las calidades establecidas, y así mismo el material que es importado, como realmente se establece una certificación de su procedencia y elaboración. En el país debido a las distintitas bajas y alzas de valores en la industria siderúrgica, respecto a la producción del acero, transporte, adquisición, comercialización del acero, genera un inconformismo, por la necesidad de ahorrar y de quienes generan ingresos a través de ello. Por tal motivo, en las etapas mencionadas anteriormente es importante tener todos los controles necesarios en cada una, para garantizar y enmarcar la importancia del principal y único objetivo que es preservar la vida humana, aquí la importancia de edificaciones que brinden la seguridad estructural sismo resistente que establece la normatividad. 44 1.8 METODOLOGÍA Se realizará la investigación de los proveedores de acero corrugado de refuerzo comercializado para la construcción, identificando sus propiedades e indicaciones del proveedor. Se reunirán muestras representativas de barras de acero de distintos proveedores y serán ensayadas mediante el ensayo de probeta a tracción normalizada de la norma NTC2289, que será realizado en los laboratorios de CONCRELAB (Empresa de laboratorios de ensayos de ingeniería), en la máquina universal del laboratorio, como resultado se tendrá la obtención de las propiedades de dichos materiales. Se hará una comparación y un posterior análisis de los resultados obtenidos. 1.8.1 Tipo de Estudio El presente proyecto es de fin investigativo, por medio de ensayos técnicos según la norma NTC2289, se realizará el estudio de las propiedades del material y se planteará el análisis y la respectiva comparación de las muestras, para cumplir con los objetivos planteados. 1.8.2 Fuentes de información Las principales fuentes de información bases del presente proyecto son el marco normativo con el que se realizará la investigación, con el fin de suministrar los resultados y la información obtenida, proporcionada por el laboratorio certificado CONCRELAB y el análisis realizado por los estudiantes. 45 1.9 DISEÑO METODOLÓGICO El proyecto se dividirá y se ejecutará en las siguientes fases: Fase I. En la primera etapa del proyecto se realizará una investigación del mercado siderúrgico en Colombia, los productores y comercializadores principales de acero corrugado de refuerzo. Figura 8. Acero corrugado de refuerzo. Fuente:http://ferroslapobla.com/wp-content/uploads/2016/10/varillas-corrugadas.jpg Bogotá: [citado: 04, Abril., 2017]. Disponible en: Internet. Fase II. Se realiza la búsqueda y cotización del acero en las ferreterías y puntos de ventas en Bogotá y sus alrededores, paralelamente se harán búsquedas de convenios con universidades para los laboratorios y se realizarán cotizaciones en CONCRELAB y otras entidades. Figura 9. Concrelab. Fuente:https://giraffeideas.com/wpcontent/uploads/2014/09/logoconcrelab.png Bogotá: [citado: 04, Abril., 2017]. Disponible en: Internet. Fase III. Una vez se identifiquen los proveedores, se planteará un número de muestras y el diámetro que se va a trabajar para los ensayos. Fase IV. En esta etapa se procederá a la compra y obtención de las muestras para posteriormente remitirlas al laboratorio. 46 Fase V. Con las muestras ya en laboratorio se propondrán fechas y disponibilidad por parte de la entidad o laboratorio, para realizar los ensayos y presenciar los mismos. Figura 10. Máquina universal de ensayos. Fuente: http://testersupply.es/products/1-3-1b.jpg Bogotá: [citado: 04, Abril., 2017]. Disponible en: Internet. Fase VI. En esta etapa se obtendrán los informes y resultados proporcionados por la entidad o laboratorio a que haya lugar. Fase VII. Con la información proporcionada por el laboratorio o la entidad certificada, se realizarán los análisis y las comparaciones planteadas en los objetivos, también se realizará un modelo en ETAPS o SAP para hacer un análisis y una comparación en la variación de las resistencias, de esta forma se podrá llegar a las respectivas conclusiones. 47 2 INVESTIGACIÓN DEL MERCADO Y SELECCIÓN DE MUESTRAS 2.1 INVESTIGACIÓN DEL ACERO CORRUGADO Para la selección de muestras se realizó la investigación en las bases de datos especializadas en materiales de construcción en Colombia, se obtuvieron nombres de empresas como: Diaco SA, Sidenal, Paz del Rio y Ferrasa. Estas son las principales empresas que se encontraron por medio informático, las cuales tienen sus productos certificados por el ICONTEC, garantizando el servicio y ofreciendo sus productos con sellos de calidad. Figura 11. Sellos de Calidad. Fuente:http://www.sidenal.com.co/wp-content/uploads/2015/05/sellos-decalidad.jpg Bogotá: [citado: 04, Abril., 2017]. Disponible en: Internet. La siguiente parte de la búsqueda consistió en visitar, ferreterías, expendios y bodegas que se dedican a la comercialización, almacenamiento y figuración de acero corrugado, esta búsqueda se comenzó por cadenas comercializadoras de gran prestigio y nombre tales como Easy, Homecenter y Constructor, los resultados fueron los conseguidos en la búsqueda anterior, comercializan acero de las grandes marcas, certificadas con sellos de calidad, y alertan y previenen al usuario sobre la compra de acero calificado. Figura 12. Propaganda HOMECENTER. Fuente: http://www.homecenter.com.co/homecenter-co/category/cat10580/Barras Bogotá: [citado: 04, Abril., 2017]. Disponible en: Internet. http://www.sidenal.com.co/wp-content/uploads/2015/05/sellos-decalidad.jpg 48 Debido a la necesidad que se tenía de recolectar un número de muestras significativas de diferentes marcas para el desarrollo de la investigación, se procede a realizar búsqueda en distintas zonas de Bogotá y sus alrededores, se buscó en expendios de la zona centro de la ciudad, en el sur y por último el municipio deSoacha, en todos los expendios se encontraron las grandes marcas, en algunos de ellos se encontraron aceros importados, en especial en el centro de la ciudad, se encontró acero importado de China, México y Turquía sin certificación alguna ni indicios de su calidad y su proceso de fabricación. En el municipio de Soacha se encontraron tres referencias de un acero similar que visualmente aparenta tener las mismas características, estos reciben nombres como Sogamoso, Aceros Boyacá, el llamado “pollito”, aceros de segunda y acero reciclado los cuales fueron consultados en los expendios del centro y reciben otros nombres y designaciones. Al momento de consultar estos tipos de aceros importados o fabricados por industrias no muy conocidas, los expendios y cadenas de ventas niegan la comercialización y ofrecen solo aceros certificados y de calidad, en muy escasos lugares se encuentran estos tipos de acero, usualmente en figuradoras y pequeños expendios. No siendo suficiente, se recurre a la búsqueda en bodegas de la ciudad llamadas chatarrerías, en estos lugares se comercializa todo tipo de acero, ya que se dedican a la compra y venta del mismo, es impactante todo el material que se puede encontrar en estos lugares; lo más común es el acero de segunda, es decir sobrantes de obras terminadas y acero de segunda ya utilizado, del cual sacan las longitudes en mejor estado y les hacen una escasa limpieza. 49 2.2 SELECCIÓN DE MUESTRAS Una vez realizada la investigación en el mercado, se procede a definir y seleccionar las muestras, se define un mismo diámetro para tener datos comparables. El diámetro que se utilizó es de ½¨, la longitud de cada probeta es de 40 cm, como lo exige la norma para los ensayos. Se conoce aproximadamente la composición química de las coladas de las varillas, la norma establece un porcentaje máximo de cada compuesto. Tabla 3. Composición química del acero. Fuente: NTC-2289. Op. Cit., p10. [Citado: 29, Marzo., 2017]. Disponible en: El instituto Otro dato importante que se tuvo en cuenta al momento de conseguir las muestras, es la marcación que tienen las barras corrugadas, cada fabricante tiene una forma específica de marcar el acero, se conocen algunos ejemplos que mencionan las normas del sistema ingles de marcación, por medio de este, se tomó como guía para reconocer el acero que se estaba comprando, ya que la mayoría vienen marcados de esta manera, la cual se mostrará a continuación. Figura 13. Sistema ingles de marcación. Fuente: NTC-2289. Op. Cit., p20. [Citado: 29, Marzo., 2017]. Disponible en: el instituto 50 Por último se realizó una inspección visual de los resaltes del acero, los cuales le dan la forma corrugada, cada fabricante y proveedor maneja un tipo de resalte diferente. Dentro de la NTC2289 se mencionan las características de los resaltes, donde especifican dimensiones de separación las cuales deben ser simétricas, con ángulos de inclinación no menores a 45° y la altura de los resaltes entre otros requisitos, los cuales se inspeccionaron de forma visual y no se encontraron mayores anomalías. En la recolección de las muestras, se presentaron inconvenientes, debido a que la longitud mínima que venden en expendios y puntos de venta, son varillas de 6m, para algunos casos se optó por realizar la compra de esta manera y sacar la mayor utilización de la varilla. En algunas figuradoras se consiguieron retales de varillas de acero corrugado de diferentes marcas, así mismo en chatarrerías se adquirieron algunos retales de segunda. Se realizó una relación de muestras, con la cual se procedió a la organización y selección para realizar una remisión al laboratorio. Paralelamente se realizó un registro fotográfico de las muestras, véase en el Anexo A. A continuación se muestra la tabla con la respectiva relación de muestras. 51 Tabla 4. Relación de muestras. No. Muestra Diametro Long(cm) Marca 1 No.4 40 Ferrasa 2 No.4 40 Soacha 3 No.4 40 Sidenal 4 No.4 40 Ferrasa 5 No.4 40 China 6 No.4 40 Diaco 7 No.4 40 Soacha 8 No.4 40 Soacha 9 No.4 40 Soacha 10 No.4 40 Soacha 11 No.4 40 Soacha 12 No.4 40 Soacha 13 No.4 40 Diaco 14 No.4 40 Sidenal 15 No.4 40 Ferrasa 16 No.4 40 Sidenal 17 No.4 40 Turca 18 No.4 40 Sidenal 19 No.4 40 China 20 No.4 40 China 21 No.4 40 China 22 No.4 40 Paz del Rio 23 No.4 40 China 24 No.4 40 Soacha 25 No.4 40 China 26 No.4 40 Sidenal 27 No.4 40 Turca 28 No.4 40 Sidenal 29 No.4 40 Turca 30 No.4 40 Turca 31 No.4 40 Sidenal 32 No.4 40 Paz del Rio 33 No.4 40 Paz del Rio 34 No.4 40 Sidenal 35 No.4 40 Paz del Rio 36 No.4 40 Sidenal 37 No.4 40 Sidenal 38 No.4 40 China 39 No.4 40 Ferrasa 40 No.4 40 Ferrasa Relacion De Muestras 52 3 INSTALACIONES DEL LABORATORIO En este capítulo se realiza una breve descripción de la búsqueda de las instalaciones para realizar los ensayos de tracción, estas deben estar certificadas y calificadas, con el fin de obtener datos confiables. Se hicieron los trámites para lograr obtener convenios con universidades, como la Santo Tomas de Aquino, la Militar Nueva Granada, la Nacional y la Javeriana; también se solicitaron cotizaciones pensando en la opción de pagar los ensayos con la posibilidad de un descuento por tratarse de un trabajo de grado. Después de haber realizado y hecho acompañamiento a la propuesta de hacer estos ensayos en los laboratorios de distintas instituciones universitarias, agotando todas las posibilidades de realizar un convenio con alguna de ellas, finalmente se tomó la decisión de realizar cotizaciones en laboratorios como Concrelab, Meteorología y Ensayos, entre otros. Una vez recibidas las cotizaciones, se presentó la propuesta de la tesis, optando para un descuento debido a la cantidad de las muestras y el costo unitario de cada ensayo. Es así como se decide realizar los ensayos en Concrelab, se llega a un acuerdo y se realiza el contrato. La cotización y la factura se anexan al presente proyecto véase Anexo B. CONCRELAB®, es fundamentalmente un laboratorio de ensayos de ingeniería, especializado en las áreas de tecnología de concreto, suelos, pavimentos, patología de estructuras y calibraciones de máquinas de fuerza, masa y balanzas. También efectuamos pruebas sobre elementos prefabricados de concreto, cemento y arcilla y determinaciones de propiedades físicas en aceros, plásticos, telas, maderas y elementos industriales.8 Figura 14. Concrelab. Fuente:https://giraffeideas.com/wpcontent/uploads/2014/09/logoconcrelab.png Bogotá: [citado: 04, Abril., 2017]. Disponible en: Internet. 8 http://www.concrelab.com/quienes-somos/. Bogotá: [citado: 29, Marzo., 2015]. Disponible en: Concrelab. http://www.concrelab.com/quienes-somos/ 53 4 ENSAYOS DE TRACCIÓN CON PROBETA NORMALIZADA Se realizaron ensayos de tracción en barras corrugadas de acero de baja aleación para refuerzo, mediante la normativa NTC2289:2015 numeral 9 y NTC3353:1997 numerales 5 al 13, donde se indican los procedimientos a realizar y los resultados que se obtienen, también están establecidos los valores y rangos dentro de los cuales deben estar los resultados para ser productos calificados, los motivos por los cuales se rechaza o se acepta el producto. A continuación se describe brevemente el procedimiento del ensayo teniendo en cuenta lo comprendido en la NTC3353 y lo presenciado en el laboratorio, se realizó un registro fotográfico véase en el Anexo A. 4.1 PROCEDIMIENTO 4.1.1 Descripción del ensayo. El ensayo de tensión consiste en el ensayo mecánico de los productos de acero donde se prueba una probeta o una de sección completa de acero, esta se evalúa a una carga medida que sea suficiente para causar la fractura de la probeta. Las propiedades mecánicas resultantes que se observan se definen en las normas mencionadas anteriormente. 4.1.2 Remisión de
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