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Paseo didáctico




Paseo didáctico

" LA DUCTILIDAD DE UN ACERO SOMETIDO A TRACCIÓN ES LA CAPACIDAD PARA DEFORMARSE BAJO CARGA SIN ROMPERSE, UNA VEZ SUPERADO EL LÍMITE ELÁSTICO "



" UNA ESTRUCTURA DÚCTIL CUANDO ESTÁ PRÓXIMA AL COLAPSO ADVIERTE DE SU SITUACIÓN EXPERIMENTANDO GRANDES DEFORMACIONES E IMPORTANTE FISURACIÓN "

" SI LA ESTRUCTURA ES FRÁGIL EL COLAPSO SE ALCANZA SIN PREVIO AVISO, CON PEQUEÑOS DEFORMACIONES Y FISURACIÓN REDUCIDA "


¿Qué es la ductilidad?


Todo elemento de hormigón armado, por ejemplo, una viga, está formado por dos materiales:

HORMIGÓN Y ARMADURAS DE ACERO

 

Si la viga la hacemos de hormigón y sin armaduras (sin barras), la apoyamos en ambos extremos y en su parte central, y la cargamos sucesivamente mediante pesos en ambos lados, puede ocurrir que:

  • Al colocar el primer peso, la viga se deforme un poco.

  • Al colocar el segundo peso, la viga se rompe súbitamente.


Esto se produce porque el hormigón es un material frágil; no tiene ductilidad


FRAGIL = NO DÚCTIL

En cambio, si a la viga de hormigón le incorporamos barras de acero procediendo de la misma manera que en el caso anterior, el resultado sería éste:

  • Al colocar el peso 1, la viga se deforma un poco.

  • Al colocar el peso 2, la viga continúa deformándose.

  • Al colocar el peso 3, la viga se deforma un poco más y aparecen pequeñas grietas.

  • Al colocar el peso 4, la viga se deforma más y surgen grietas mayores
En general, la viga será más dúctil cuanto más dúctil sea el acero.

Ventajas


En el supuesto de que nos encontrásemos en cualquiera de las siguientes situaciones, con toda seguridad preferiríamos que el edificio se deformara aunque lo dejara fuera de uso, a que se viniera abajo repentinamente sin posibilidad de desalojo a tiempo.
  • Acciones sísmicas.

  • Actuación de cargas superiores a las previstas, como por ejemplo:

    • Por colocar estanterías con grandes pesos en zonas de forjados diseñadas para cargas de viviendas.
    • Por la entrada de vehículos pesados (camiones) en aparcamientos subterráneos calculados para coches.
    • Por la inundación de un forjado o de una azotea.
    • Por el fallo de la cimentación ocasionada por la ejecución de obras próximas, por problemas de filtración de agua, etc.
"Una estructura dúctil, cuando está próxima al colapso advierte de su situación experimentando grandes deformaciones e importante fisuración".

"Si la estructura es frágil, el colapso se alcanza sin previo aviso, con pequeñas deformaciones y fisuración reducida"


Parámetros


Hasta ahora hemos visto qué se precisa para que una viga de hormigón armado sea dúctil, a continuación veremos que hay aceros que casi no tienen ductilidad y, en cambio, otros son muy dúctiles.

El comportamiento de un acero viene definido por la curva de tensión - deformación correspondiente al ensayo de tracción. Para obtenerla se coge una muestra de una barra de acero y se sujetan ambos extremos mediante unas mordazas. Luego, se estira la barra por uno de sus extremos. A medida que estiramos, la barra se alarga. Si anotamos el alargamiento que experimenta la barra para cada fuerza que aplicamos obtenemos la curva tensión - deformación de ese acero.

A grandes rasgos, hay dos tipos de curvas de tensión-deformación según sea el acero laminado en frío, tipo "T" (acero frágil) o laminado en caliente, tipos "S" y "SD", (aceros dúctiles).

Los parámetros que definen el grado de ductilidad de un acero son:
  • La relación tensión de rotura-límite elástico, (fs / fy).
  • El alargamiento de rotura sobre la base de 5 diámetros, A5. En la actualidad, existe otro parámetro de deformación alternativo al A5 para definir la ductilidad, y recibe el nombre de "AGT". Se define por "AGT" al alargamiento uniforme alcanzado bajo carga máxima.

La Instrucción de Hormigón Estructural (EHE) exige para cada tipo de acero, unos valores mínimos de estos parámetros que deben cumplirse simultáneamente.

Cuanto mayores sean la relación (fs / fy) y el A5 (o "AGT") mayor será la ductilidad del acero.

Ductilidad - Trefilado en frío vs. Laminado en caliente


Curva tensión-deformación de un acero laminado en frío. Tipo "T".

  1. Rama elástica. (Lineal). Al principio del ensayo cuando aplicamos una fuerza F1 la barra se alarga una longitud "l1", si aplicamos el doble de fuerza F2=2 x F1, labarra se alarga el doble l2 = 2 x l1.

    Además, si dejamos de aplicar la fuerza, la barra recupera su longitud original. Este comportamiento elástico es el que se refleja en este tramo de la curva hasta alcanzarse el límite elástico (fy) del acero.

  2. Rama no elástica. (Curva). Una vez sobrepasamos el límite elástico, la deformación continúa para incrementos de carga muy pequeños hasta que se alcanza la tensión de rotura o carga máxima (fs), carga bajo la cual se produce la rotura de la probeta. Si dejamos de aplicar la carga sólo se recupera la deformación elástica. Durante el transcurso del ensayo, la sección inicial de la probeta disminuye hasta alcanzar la mínima sección cuando rompe.

En un acero laminado en frío el límite elástico es difícil de visualizar porque está muy próximo a la carga de rotura.

La relación (fs / fy) y el "AGT" son muy pequeños.

Curva tensión-deformación de un acero laminado en caliente. Tipos "S" y "SD".

La curva tensión-deformación de un acero laminado en caliente tiene una fase elástica muy similar al de un acero laminado en frío, pero la diferencia fundamental entre ambos comportamientos se manifiesta una vez superado el límite elástico.

En este caso, una vez alcanzado dicho límite, se produce una deformación que marca el cambio entre el comportamiento elástico y el plástico, el cual está reflejado en la curva por el "escalón de cedencia". Así, el límite elástico esta perfectamente definido a diferencia del caso anterior. A partir de este punto, para incrementos pequeños de carga la deformación continúa y es muy superior a la experimentada por un acero laminado en frío.

Los parámetros de la ductilidad :

la relación (fs / fy) y el "AGT" son muy superiores a los de un acero laminado en frío.

Fatiga y cargas cíclicas


Una carga, siempre de tracción, de valor inferior al límite elástico del acero puede provocar la rotura del mismo si se aplica repetidamente. Este fenómeno es la fatiga.

Este sería el caso del efecto producido por cargas móviles de importancia como ferrocarriles, puentes grúa, etc.

Por ello, la nueva Instrucción EHE exige que los aceros superen 2.000.000 de ciclos de carga en unas determinadas condiciones especificadas en su articulado




Ahora nos referimos a aquellos casos en que las tensiones en el acero pasan repetidamente de ser tracciones a ser compresiones.

El comportamiento que experimenta el acero frente a este tipo de cargas, como es el caso de las producidas por los terremotos, es muy distinto del de la fatiga.

La alternancia de tracciones y compresiones en las armaduras produce un efecto destructivo del acero muy superior al que genera la fatiga.

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