DEFINICION

El acero es una aleación de hierro y carbono, donde el carbono no supera el 3.5% que le otorga mayor resistencia y pureza, alcanzando normalmente porcentajes entre el 0.2% y el 0.3% para aceros de bajo carbono, que son los utilizados para las construcciones. Porcentajes mayores al 3.5% de carbono dan lugar a las fundiciones,aleaciones que al ser frágiles y no poderse forjar, se moldean. Algunas veces otros elementos de aleación específicos tales como el Cr (Cromo) o Ni (Níquel) se agregan con propósitos determinados.

IMAGEN 1.

FUENTE:https://es.scribd.com/doc/97232151/16/PROPIEDADES-FISICAS-DEL-ACERO

COMPOSICION QUIMICA

Es una aleación de diversos elementos, entre ellas están el carbono, magnesio,silicio, cromo, níquel y vanadio.

• El carbono: es el que determina sus propiedades mecánicas. A mayor contenido de carbono la dureza, la resistencia, la tracción y el límite elástico aumentan. Por el contrario, disminuye la ductilidad y la tenacidad.
• El magnesio es adicionado en forma de ferro magnesio, aumenta la fragilidad del acero, su tenacidad y resistencia al impacto, así como disminuye en su ductibilidad.
• El silicio se adiciona en proporciones que varían de 0.05% a 0.5%. Se incluye en la aleación para propósitos de oxidación, pues se combinan con oxígeno disuelto en la mezcla.
• El cromo incrementa la resistencia a la abrasión y a la templacidad.
• El níquel mejora la resistencia al impacto y calidad superficial.
• El vanadio mejora la templacidad.
• El fósforo, al igual que el Azufre, en algunos tipos de aceros se agrega deliberadamente para aumentar su resistencia a la tensión y mejorar la maquinabilidad; pero reduce la ductilidad y la resistencia al impacto.

TABLA 1.

FUENTE:http://www.utp.edu.co/~lvanegas/disI/Apendices.pdf

PROPIEDADES FISICAS

Aunque es difícil establecer las propiedades físicas y mecánicas del acero debido a que estas varían con los ajustes en su composición y los diversos tratamientos térmicos, químicos o mecánicos, con los que pueden conseguirse aceros con combinaciones de características adecuadas para infinidad de aplicaciones, se pueden citar algunas propiedades genéricas:

• Su densidad media es de 7850 kg/m³. En función de la temperatura el acero se puede contraer, dilatar o fundir.
• El punto de fusión del acero depende del tipo de aleación y los porcentajes de elementos aleantes. El de su componente principal, el hierro es de alrededor de 1.510 °C en estado puro (sin alear), sin embargo el acero presenta frecuentemente temperaturas de fusión de alrededor de 1.375 °C, y en general la temperatura necesaria para la fusión aumenta a medida que se aumenta el porcentaje de carbono y de otros aleantes, (excepto las aleaciones auténticas que funden de golpe). Por otra parte el acero rápido funde a 1.650 °C. Su punto de ebullición es de alrededor de 3.000 °C.

         TABLA DE LAS PROPIEDADES FÍSICAS DEL ACERO
Esta tabla nos indica  el peso  la densidad  y  la masa  del material  de acero que debemos aplicar  en el módulo de elasticidad  ,módulo de rigidez  al ,momento de realizar una estructura en la ingeniería civil

        

         

TABLA 2

FUENTE:http://www.utp.edu.co/~lvanegas/disI/Apendices.pdf

Fusibilidad: Dar forma a los metales en estado líquido, usando moldes donde de solidifican y enfrían.

Forjabilidad: Capacidad de dar formas en estado sólido en caliente, con martillos, prensas y laminadores.

Maleabilidad: Propiedad para modificar su forma a temperaturas normales, mediante la acción de martillado y estirado. Ductilidad: Cantidad de deformación plástica en dirección a su longitud, pudiendo expresarse en función de alargamiento o reducción del área.

Tenacidad: Resistencia a la rotura por tracción, o medida de energía para hacer fallar un material. 

Resistencia: Capacidad de soportar esfuerzos y deformaciones. Resistencia: Capacidad de soportar esfuerzos y deformaciones. Elasticidad: Deformación que ocurre sólo durante la aplicación de esfuerzos, o sea que desaparece al suprimirse éstos

PROPIEDADES QUIMICAS

La actividad química del metal depende de las impurezas que contenga y de la presencia de elementos que reaccionan con estas, dependiendo también en menor medida de la temperatura y zonas de contacto. Distinguimos fundamentalmente dos reacciones: oxidación y corrosión.

• OXIDACIÓN: La oxidación se produce cuando se combina el oxigeno del aire y el metal. La oxidación es superficial, produciéndose en la capa más externa del metal y protegiendo a las capas interiores de la llamada oxidación total. El óxido no es destructivo.
• CORROSIÓN: Se considera corrosión a toda acción que ejercen los diversos agentes químicos sobre los metales, primeramente en la capa superficial y posteriormente en el resto. Cuando es producida por el oxígeno y usando como catalizador el agua, la corrosión es progresiva desde la capa superficial hasta el interior del metal lo que provoca su total destrucción
  *Corrosión general: Cuando es en toda la superficie, se protege con facilidad.
  *Corrosión intercristalina: Se debe a las impurezas y no se advierte a simple vista.
  *Corrosión localizada: Se localiza en sitios poco visibles y pasa desapercibida hasta que se      rompe la pieza..

PROCESO DE ELABORACION

Proceso de elaboración de aceros con Horno de Arco Eléctrico

La fabricación del acero en horno eléctrico se basa en la fusión de las chatarras por medio de una corriente eléctrica, y al afino posterior del baño fundido. El horno eléctrico consiste en un gran recipiente cilíndrico de chapa gruesa (15 a 30 mm de espesor) forrado de material refractario que forma la solera y alberga el baño de acero líquido y escoria. El resto del horno está formado por paneles refrigerados por agua. La bóveda es desplazable para permitir la carga de la chatarra a través de unas cestas adecuadas. La bóveda está dotada de una serie de orificios por los que se introducen los electrodos, generalmente tres, que son gruesas barras de grafito de hasta 700 mm de diámetro. Los electrodos se desplazan de forma que se puede regular su distancia a la carga a medida que se van consumiendo. Los electrodos están conectados a un transformador que proporciona unas condiciones de voltaje e intensidad adecuadas para hacer saltar el arco, con intensidad variable, en función de la fase de operación del horno. Otro orificio practicado en la bóveda permite la captación de los gases de combustión, que son depurados convenientemente para evitar contaminar la atmósfera. El horno va montado sobre una estructura oscilante que le permite bascular para proceder al sangrado de la escoria y el vaciado del baño.

Fases del proceso de fabricación

• Fase de fusión: una vez introducida la chatarra en el horno y los agentes reactivos y escorificantes (principalmente cal) se desplaza la bóveda hasta cerrar el horno y se bajan los electrodos hasta la distancia apropiada, haciéndose saltar el arco hasta fundir completamente los materiales cargados. El proceso se repite hasta completar la capacidad del horno, constituyendo este acero una colada.
• Fase de afino: el afino se lleva a cabo en dos etapas. La primera en el propio horno y la segunda en un horno cuchara. En el primer afino se analiza la composición del baño fundido y se procede a la eliminación de impurezas y elementos indeseables (silicio, manganeso, fósforo, etc.) y realizar un primer ajuste de la composición química por medio de la adición de ferroaleaciones que contienen los elementos necesarios (cromo, níquel, molibdeno, vanadio o titanio). El acero obtenido se vacía en una cuchara de colada, revestida de material refractario, que hace la función de cuba de un segundo horno de afino en el que termina de ajustarse la composición del acero y de dársele la temperatura adecuada para la siguiente fase en el proceso de fabricación.

IMAGEN 2
FUENTE:Tomado de https://metfusion.files.wordpress.com/2013/08/23-08-2013-0-45-26.jpg?w=640

VÍDEO 1

                                                    FUENTE:https://www.youtube.com/watch?v=riQQtxhCzWs

USOS Y APLICACIONES

El acero es utilizado en estructuras para diferentes sistemas de construcción a partir de un conjunto de técnicas constructivas y materiales de vanguardia. Para su utilización en la construcción, el acero se distribuye en perfiles metálicos que poseen diferentes características según su forma y dimensión, utilizándose específicamente en las vigas o pilares. También el acero corrugado es un tipo de acero laminado que se utiliza para las estructuras de hormigón armado. Son barras de diferentes diámetros que poseen unos resaltes. Se utiliza en estructuras, aislaciones, revestimientos, entrepisos, cubiertas y terminaciones.

• En la construcción de puentes o de edificios: El acero puede tener múltiples papeles. Sirve para armar el hormigón, reforzar los cimientos, transportar el agua, el gas u otros fluidos. Permite igualmente formar el armazón de edificios, sean estos de oficinas, escuelas, fabricas, residenciales o polideportivos. Y también vestirlos (fachadas, tejados). En una palabra, es el elemento esencial de la arquitectura y de la estética de un proyecto.

    

ACERO EN LA INGENIERÍA CIVIL 

   IMAGEN 3

FUENTE :http://www.constructivo.com/cn/d/novedad.php?id=196 

IMAGEN 4

FUENTE :http://www.constructivo.com/cn/d/novedad.php?id=196

        Calderas

        material ferroviario (trenes)

        electrodomésticos (lavadoras,frigoríficos)

EFECTOS SOBRE EL MEDIO AMBIENTE

En el proceso de formación del coque o coquificación, despide grandes cantidades de gas conteniendo monóxido de carbono; esto facilita la producción de toda una serie de químicos: alquitrán mineral, aceites livianos crudos (conteniendo benceno, tolueno, xileno), amoniaco, naftaleno, y cantidades importantes de vapor. La mayoría de estas sustancias pueden ser recuperadas y refinadas como productos químicos; el resto del gas del horno de “coquificación” se emplea internamente en los diferentes procesos y hornos para calefacción, y su excedente de gas puede ser utilizado para generar energía eléctrica, o como materia prima para la producción de químicos. o también el hierro puede ser peligroso para plantas,agua y aire
En la preparación del mineral puede generar grandes cantidades de desechos, producir emisiones de polvo y dióxido de azufre.
Durante la producción de acero el hierro producido en los altos hornos es refinado mediante el proceso de fabricación de acero, se producen grandes cantidades de gases que contienen monóxido de carbono y polvo. Estos gases pueden ser reciclados luego de eliminar el polvo, dañinos al aire y a la producción de granos.
Al finalizar la producción de acero, durante la laminación, se emplean grandes cantidades de aceite hidráulico y lubricante. Además, los bajos químicos y la limpieza del producto final para remover el aceite y grasa, pueden generar volúmenes significativos de desechos líquidos ácidos, alcalinos y de solventes.

CONTAMINACIÓN EN EL AGUA

Las plantas de acero descargan un gran volumen de agua a ríos, arroyos y lagos, vaporizándose volúmenes adicionales durante el enfriamiento del coque o del acero. Las aguas residuales almacenadas en estanques no herméticos o con fugas pueden filtrarse y contaminar la capa freática y las corrientes subterráneas. Éstas también pueden contaminarse por la lixiviación de las aguas pluviales a través de pilas de materias primas o acumulaciones de residuos sólidos. Entre los contaminantes cabe citar los sólidos en suspensión, los metales pesados y los aceites y grasas. Los cambios de temperatura en las aguas naturales como consecuencia del vertido de aguas de proceso a mayor temperatura (el 70 % de las aguas de proceso se utilizan como medio de enfriamiento) pueden afectar a los ecosistemas. En consecuencia, es esencial aplicar un tratamiento de enfriamiento antes del vertido, lo que puede conseguirse con la tecnología disponible

Sólidos en suspensión 
Los sólidos en suspensión (SS) son los principales contaminantes del agua que se descargan durante la producción de acero. Comprenden principalmente óxidos de hierro procedentes de la formación de cascarilla durante el proceso; también puede haber carbón, lodos biológicos, hidróxidos metálicos y otros sólidos. Su presencia a mayores niveles puede dar lugar a la decoloración de las corrientes, la desoxigenación y la sedimentación.
Metales pesados
 Las aguas de proceso de la fabricación de acero pueden contener altos niveles de zinc y manganeso, mientras que los vertidos de las áreas de laminación en frío y revestimientos pueden contener zinc, cadmio, aluminio, cobre y cromo. Estos metales están presentes naturalmente en el entorno acuático, pero su presencia a concentraciones superiores a las normales es preocupante por los posibles efectos para el hombre y los ecosistemas. Esta preocupación se ve aumentada por el hecho de que, a diferencia de muchos contaminantes orgánicos, los metales pesados no se biodegradan en productos finales inocuos y pueden concentrarse en sedimentos y en los tejidos de los peces y demás vida acuática. Además, al combinarse con otros contaminantes (p. ej., amoníaco, compuestos orgánicos, aceites, cianuros, álcalis, disolventes y ácidos), aumenta su toxicidad potencial.

CONTAMINACIÓN ATMOSFÉRICA

Dióxido de azufre
Tanto el coque como los gases de los hornos de coque utilizados como combustibles son importantes focos de dióxido de azufre. En el ambiente, el dióxido de azufre puede reaccionar con los radicales del oxígeno y con el agua para formar un aerosol de ácido sulfúrico y, en combinación con amoniaco, puede formar un aerosol de sulfato de amonio.
Oxidos de nitrógeno
Al igual que los óxidos de azufre, los óxidos de nitrógeno, principalmente el óxido de nitrógeno y el dióxido de nitrógeno, se forman en procesos de combustión de combustible. Reaccionan con el oxígeno y con los compuestos orgánicos volátiles (COV) en presencia de radiación ultravioleta (UV) para formar ozono. También se combinan con el agua para formar ácido nítrico, que a su vez se combina con el amoníaco para formar nitrato de amonio. Pueden formar aerosoles respirables que se eliminan del ambiente mediante deposición húmeda o seca.
Metales pesados 
Un horno puede emitir metales como cadmio, plomo, zinc, mercurio, manganeso, níquel y cromo en forma de polvo, humos o vapores, o pueden ser adsorbidos por partículas. Los efectos para la salud, descritos en otras secciones de la presente Enciclopedia, dependen del nivel y duración de la exposición.