Diagrama característico tensión-deformación de los aceros ARCER en forma de rollo by JULIO VAQUERO

M O N O G R A F Í A

Diagrama característico tensión-deformación de los aceros ARCER en forma de rollo

MONOGRAFÍA

6 Diagrama característico tensión-deformación de los aceros ARCER en forma de rollo

© IPAC, A. I. E. Orense 58, 10º C 28020 Madrid, España. Tel.: 91 556 76 98, Fax: 91 556 75 89 Reservados todos los derechos. Queda expresamente prohibida la publicación total o parcial de esta obra sin la autorización escrita del Instituto para la Promoción de Armaduras Certificadas, IPAC. Diseño y Maquetación: Advertising Label 3 S.L. (alcubo) I.S.S.N.: 1576-2734

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La marca ARCER de productos de acero para armaduras pasivas de hormigón tiene el objetivo fundamental de distinguir, potenciar y promover la utilización de aceros con altos niveles de calidad y prestaciones, y se utiliza exclusivamente para los tipos B 400 SD y B 500 SD. Los productos de la marca ARCER cumplen todos los requisitos que garantizan la conformidad con la Instrucción de Hormigón Estructural (EHE) vigente y las correspondientes normas UNE que les sean de aplicación. Las actuaciones promovidas por la marca ARCER, cuya gestión se desarrolla en el Instituto para la Promoción de Armaduras Certificadas, IPAC, tienen como finalidad mejorar el conocimiento de los aceros para armaduras pasivas, desarrollar nuevas aplicaciones y promover innovaciones tecnológicas que mejoren sus prestaciones. Dentro de estas actuaciones se enmarca la publicación de estudios, trabajos y monografías de carácter técnico, destinadas a facilitar un mejor conocimiento de estos materiales y sus aplicaciones. Las actuaciones y publicaciones de la marca están supervisadas y avaladas por la Comisión Asesora ARCER, formada por profesionales de reconocido prestigio en el campo del hormigón armado, cuya composición es la siguiente: D. Miguel Ángel Astiz Suárez Dr. Ingeniero de Caminos, Canales y Puertos. Catedrático del Departamento de Mecánica de Medios Continuos y Teoría de Estructuras. Escuela Técnica Superior de Ingenieros de Caminos, Canales y Puertos. Universidad Politécnica de Madrid. D. Alex H. Barbat Dr. Ingeniero de Caminos, Canales y Puertos. Catedrático del Departamento de Resistencia de Materiales y Estructuras en la Ingeniería. Escuela Técnica Superior de Ingenieros de Caminos, Canales y Puertos. Universidad Politécnica de Cataluña. D. José Manuel Gálligo Estévez Ingeniero de Caminos, Canales y Puertos. Subdirector General Adjunto de I+D+i. Secretaría General de Relaciones Institucionales y Coordinación. Ministerio de Fomento. D. Bernardo Perepérez Ventura Dr. Arquitecto. Catedrático del Departamento de Construcciones Arquitectónicas. Escuela Técnica Superior de Arquitectura. Universidad Politécnica de Valencia. D. José María Varona Ruiz Dr. Ingeniero de Caminos, Canales y Puertos. Catedrático del Departamento de Ciencia e Ingeniería del Terreno y los Materiales. Escuela Técnica Superior de Ingenieros de Caminos, Canales y Puertos. Universidad de Cantabria. Asesor técnico: D. Félix Peñalba Díaz Director División Siderurgia. INASMET. Secretario: D. Julio José Vaquero García Ingeniero de Caminos, Canales y Puertos. Director Gerente de IPAC.

Presentación

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El estudio descrito en esta monografía ha sido realizado en el seno del Grupo de Trabajo ARCER GT/1 integrado por las siguientes personas: Coordinador: D. José Manuel Gálligo Estévez Ingeniero de Caminos, Canales y Puertos. Subdirector General Adjunto de I+D+i. Secretaría General de Relaciones Institucionales y Coordinación. Ministerio de Fomento. Vocales:

D. Ander Ansoalde Oyarzábal Corrugados Azpeitia, S.L.

D. Narcís Poch Albertí Compañía Española de Laminación, S.A. (CELSA)

D. Tomás Chiscano Espejo A.G. Siderúrgica Balboa, S.A.

D. Honorino Ortega Valencia Aceros para la Construcción, S.A.

D. Javier Fernández Nervacero, S.A.

D. Agustín Paz Gestoso AIMEN Centro Tecnológico.

D. Sebastián Jáuregui Echeveste ArcelorMittal Gipuzkoa, S.L.U.

D. Juan Antonio Polanco Laboratorio de la División de Ciencia e Ingeniería de los Materiales (LADICIM)

D. Jorge Ley Urzáiz Instituto Técnico de Materiales y Construcciones (INTEMAC)

D. Jesús Rama Rey Celsa Atlantic, S.A.U.

D. Ramón Molina Rodríguez Megasa Siderúrgica, S.L.

D. Carlos Sánchez Fransesch Siderúrgica Sevillana, S.A.

Dña. Asunción Morales Hortelano Centro de Estudios y Experimentación de Obras Públicas (CEDEX) Secretario: D. Julio José Vaquero García Ingeniero de Caminos, Canales y Puertos. Director Gerente de IPAC. El estudio estadístico descrito en esta monografía ha sido desarrollado por: D. Rafael Romero Villafranca Universidad Politécnica de Valencia

Presentación

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ÍNDICE

Página

Resumen ejecutivo

Glosario terminológico

Capítulo 1: Introducción

Capítulo 2: Objetivo y organización del estudio

Capítulo 3: Datos utilizados

Capítulo 4: Conceptos básicos. Terminología

4.1 Tipos de diagramas tensión-deformación

4.2 Parámetros asociados al diagrama tensión-deformación de un ensayo individual

4.3 Valores característicos correspondientes a una determinada población

4.4 Parámetros asociados al diagrama tensión-deformación característico de una población

4.5 Parámetros asociados al diagrama tensión-deformación característico garantizado por la marca ARCER

Capítulo 5: Resultados obtenidos

5.1 Valores característicos

5.2 Diagramas tensión-deformación característicos

5.3 Diagramas tensión-deformación medios

Capítulo 6: Diagrama tensión-deformación garantizado por la marca ARCER

6.1 Diagrama tensión-deformación característico garantizado

6.2 Ecuaciones analíticas del DTDA garantizado por ARCER

6.3 DTDA medio

6.4 Comparación con las exigencias de la Instrucción EHE-08

6.5 Tenacidad de los aceros ARCER

Índice

iii

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ÍNDICE

Página

Capítulo 7: El tratamiento del acero en la nueva Instrucción de Hormigón Estructural EHE-08 7.1 Las características mecánicas

7.2 Las características geométricas

7.3 Determinación del alargamiento bajo carga máxima

Capítulo 8: Fabricación del acero corrugado en forma de rollo

iv6

8.1 Sistema de conformado “Stelmor”

8.2 Sistema de conformado “Spooler”

Capítulo 9: Conclusiones

Anejo 1: Metodología estadística

Anejo 2: Resultados obtenidos en el estudio del diagrama tensión-deformación del material en forma de rollo

Anejo 3: Estudio inicial de la marca ARCER para la determinación del diagrama tensión-deformación de los aceros SD

Anejo 4: Seguimientos anuales efectuados por la marca ARCER sobre el diagrama tensión-deformación garantizado para los aceros SD

Anejo 5: Determinación del alargamiento bajo carga máxima

Bibliografía

Índice

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Resumen ejecutivo

La Instrucción de Hormigón Estructural EHE-08 exige que los productos de acero para armaduras pasivas en forma de barras y rollo corrugados se consideren como productos diferentes, tanto en materia de control como en exigencias y especificaciones para los mismos. Para cumplir con esta exigencia, la marca ARCER ha efectuado una investigación de las propiedades de los aceros soldables con características especiales de ductilidad (SD) suministrados en forma de rollo, que ha consistido básicamente en la determinación del diagrama tensión-deformación característico que se puede garantizar para este producto. Para ello, se ha seguido la misma metodología desarrollada en su día para este material en forma de barra recta, en la que se han introducido mejoras como consecuencia de la experiencia adquirida en el tratamiento de este tipo de ensayos. En la investigación se han analizado los productos procedentes de 7 fábricas, con diámetros comprendidos entre 8 mm y 20 mm, contándose finalmente con una base experimental formada por 3.800 ensayos de tracción, a partir de los cuales se ha determinado el diagrama característico tensión-

Resumen ejecutivo

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deformación del acero tipo B 500 SD suministrado en forma de rollo en posesión de la marca ARCER, así como el diagrama tensión-deformación promedio —básico para el cálculo en condiciones de sismo— cuya expresión analítica se recoge a continuación. Ambos diagramas superan las especificaciones establecidas por la Instrucción EHE-08 para este tipo de acero. Con el fin de cuantificar estas diferen-

cias se han calculado las áreas totales bajo estos diagramas, como representación de la energía absorbida por el material antes de colapsar. En el caso del diagrama tensión-deformación característico el área es un 11 % superior a la mínima exigida por la Instrucción EHE-08, mientras que la del diagrama tensión-deformación promedio es un 41 % superior, poniendo de manifiesto el amplio margen de seguridad de los productos ARCER.

DIAGRAMA TENSIÓN-DEFORMACIÓN CARACTERÍSTICO (εs < 0,00258)

σs = 200.000 · εs

(0,00258 < εs < 0,02700)

σs = 516,93

(0,02700 < εs < 0,10050)

σs = 516,93 + 109,716[1 – exp( – 42,61(εs – 0,02700))]

(0,10050 < εs < 0,10200)

σs = 621,86 – 190.663 (εs – 0,10050)2

DIAGRAMA TENSIÓN-DEFORMACIÓN PROMEDIO (εs < 0,00278)

σs = 200.000 · εs

(0,00278 < εs < 0,02041)

σs = 556,54

(0,02041 < εs < 0,10791)

σs = 556,54 + 113,701[1 – exp( – 40,63(εs – 0,02041))]

(0,10791< εs < 0,11821 )

σs = 667,00 – 43.401(εs – 0,10791)2

NOTA: las deformaciones, εs, se expresan en tanto por uno y las tensiones, σs, en N/mm2.

Resumen ejecutivo

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Glosario terminológico

α β DTD DTDA DTDI DTDP Es fs fsk fs/fy (fs/fy)k,i (fs/fy)k,s fy fyk fy,real/fy,nominal (fy,real/fy,nominal)k ε1 εfincc εHi εHf

Parámetro que define la forma del tramo de endurecimiento del diagrama tensióndeformación. Parámetro que define la forma del tramo de endurecimiento del diagrama tensióndeformación. Diagrama tensión-deformación. Diagrama tensión-deformación característico garantizado por ARCER para un conjunto de poblaciones. Diagrama tensión-deformación individual. Diagrama tensión-deformación característico de una población obtenido a partir de un conjunto de ensayos. Módulo de elasticidad del acero, en N/mm2. Resistencia a la tracción, en N/mm2. Valor característico de la resistencia a la tracción, en N/mm2. Relación entre la resistencia a la tracción y el límite elástico. Valor característico inferior del ratio fs/fy. Valor característico superior del ratio fs/fy. Límite elástico, en N/mm2. Valor característico del límite elástico, en N/mm2. Relación entre el valor del límite elástico real obtenido mediante ensayo y el valor del límite elástico nominal. Valor característico superior del ratio fy,real/fy,nominal. Abscisa del diagrama tensión-deformación correspondiente al primer máximo del DTDI, en %. Abscisa correspondiente al punto final del DTDP, en %. Abscisa del diagrama tensión-deformación correspondiente al punto inicial del tramo horizontal del DTDP, en %. Abscisa del diagrama tensión-deformación correspondiente al punto final del tramo horizontal del DTDP, en %.

Glosario terminológico

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εmax εmax,k εσm εsh εy σfin σH σmax

Alargamiento bajo carga máxima, en %. Valor característico del alargamiento bajo carga máxima, en %. Abscisa del diagrama tensión-deformación del punto correspondiente a la máxima tensión en el DTDP, en %. Abscisa del diagrama tensión-deformación correspondiente al punto final del tramo horizontal de cedencia, en %. Abscisa del diagrama tensión-deformación correspondiente al inicio del tramo horizontal de cedencia, en %. Ordenada del diagrama tensión-deformación correspondiente al punto final del DTDP, en N/mm2. Ordenada del diagrama tensión-deformación correspondiente al tramo horizontal del DTDP, en N/mm2. Ordenada del diagrama tensión-deformación correspondiente a la máxima tensión en el DTDP, en N/mm2.

Glosario terminológico

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Capítulo 1 Introducción

El nacimiento de la marca ARCER, en el año 2000, vino impulsado por la aparición de la Instrucción de Hormigón Estructural EHE en el año 1998, que supuso un importante acicate para el desarrollo tecnológico de los materiales componentes del hormigón estructural: hormigón y acero. La marca ARCER añadió a los rasgos característicos de una marca de calidad aspectos novedosos relativos a la responsabilidad civil, mediante un seguro de cobertura de sus productos y una voluntad decidida de desarrollo tecnológico. Entre las investigaciones científicas acometidas destaca la determinación de las características mecánicas de los aceros soldables con características especiales de ductilidad (SD), con una fiabilidad estadística suficiente, lo que ha permitido constatar no sólo el cumplimiento con las prescripciones de la Instrucción de Hormigón Estructural (EHE) vigente, sino también la posibilidad de que la marca garantice a proyectistas y usuarios unos valores de dichas características superiores a los exigidos reglamentariamente. Estos trabajos de investigación, comenzados en el año 2001, se publicaron en el año 2004 en el documento “Diagramas característicos de tracción de los aceros con características especiales de ductilidad, con marca ARCER” (Monografía ARCER nº 4). El resultado de la amplísima labor de experimentación y análisis estadístico efectuado, se materializó en los diagramas tensión-deformación característicos que la marca ARCER garantiza para todos los aceros de los tipos B 400 SD y B 500 SD en posesión de la misma. Dichos estudios se llevaron a cabo sobre material presentado en forma de barra recta, dado que la presentación en forma de rollo estaba comenzando a implantarse en aquellos años y su volumen era muy reducido (Ver Anejo 3). A partir de dicha fecha (2004), la marca ARCER realiza estudios anuales de seguimiento con la finalidad de constatar que dichos diagramas se siguen cumpliendo por las fábricas que participaron en su día en el estudio inicial, y por las nuevas fábricas y productos que se han incorporado desde entonces a la marca. Entre estos productos el material presentado en forma de rollo ha ido adquiriendo importancia y se le ha considerado como un producto similar a la barra recta, sometiéndole a los controles y exigencias establecidas para ella.

Introducción

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Tras una década de avance de los conocimientos y de la técnica se publica la nueva Instrucción de Hormigón Estructural EHE-08, en la que se introducen nuevos conceptos en materia de aceros y armaduras para hormigón. Uno de ellos tiene en cuenta el importante desarrollo que experimenta la utilización del acero corrugado en forma de rollo y la tecnología utilizada en su fabricación y posterior procesado, que permiten la utilización de diámetros de hasta 20 mm. Dado que el material suministrado en forma de rollo requiere, necesariamente, de una operación previa de enderezado para poder utilizarse la Instrucción EHE-08 decide que sea tratado como un producto

diferente a la barra recta, estableciendo requisitos y exigencias distintos para cada uno de ellos. Esta modificación en la reglamentación oficial en materia de hormigón estructural ha obligado a la marca ARCER a efectuar un estudio complementario de investigación de las características mecánicas de los aceros soldables con características especiales de ductilidad (SD) suministrados en formato de rollo. Esta monografía describe los trabajos realizados al efecto, los resultados de los mismos, así como las principales modificaciones introducidas por la Instrucción EHE-08 en materia de acero para hormigón.

Introducción

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Capítulo 2 Objetivo y organización del estudio

Tal como se ha indicado, el objetivo principal de este estudio es la determinación del diagrama tensión-deformación característico que la marca ARCER puede garantizar para el material presentado en forma de rollo. El estudio se ha centrado exclusivamente en aceros del tipo B 500 SD, que es el único para el que actualmente está concedida la marca en material presentado en rollo. Los diámetros analizados han variado desde 8 mm hasta 20 mm, procedentes de distintas instalaciones industriales, habiéndose ensayado todos ellos conforme a un protocolo común, contrastado mediante la participación de los siguientes laboratorios de control externo: • • • •

Laboratorio de Estructuras y Materiales de CEDEX. Ministerio de Fomento. Instituto Técnico de Materiales y Construcciones. INTEMAC. Laboratorio de la División de Ciencia e Ingeniería de los Materiales (LADICIN). Universidad de Cantabria. AIMEN Centro Tecnológico.

El análisis estadístico se ha efectuado conforme a una metodología estadística elaborada específicamente para este fin (ver Anejo 1), que ha permitido establecer la conveniencia o no de efectuar distinciones entre diámetros a la hora de establecer un diagrama tensión-deformación garantizado.

Objetivo y organización del estudio

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Capítulo 3 Datos utilizados

Los datos utilizados en este estudio proceden de las seis fábricas que hasta la fecha de su realización tenían concedida la marca ARCER para material suministrado en forma de rollo, a los que se han añadido los datos correspondientes a los estudios de caracterización efectuados sobre una fábrica en el transcurso del proceso de concesión del derecho de uso de la marca. Dichas fábricas son: • • • • • • •

ArcelorMittal Zumárraga, S.A.1 Celsa Atlantic, S.A.U. Corrugados Azpeitia, S.L. Compañía Española de Laminación, S.A. - CELSA. MEGASA Siderúrgica, S.L. SN - Seixal Siderurgia Nacional, S.A. Nervacero, S.A.

El número de diámetros estudiado en cada fábrica ha fluctuado entre 1 y 3. El número de poblaciones estadísticas que han formado parte de este estudio ha sido de 16, correspondientes a cada uno de los diámetros de las diferentes fábricas. La muestra analizada en cada población para establecer su diagrama tensión-deformación característico ha estado constituida por 10 probetas seleccionadas aleatoriamente de cada una de 20 coladas diferentes elegidas al azar. En el caso de las dos poblaciones analizadas de la fábrica en proceso de obtención del derecho de uso de la marca ARCER la muestra ha estado formada por 10 probetas seleccionadas aleatoriamente de cada una de 50 coladas diferentes elegidas al azar. El número total de ensayos analizado ha ascendido, por tanto, a 3.800.

1) En transcurso de obtención del derecho de uso de la marca ARCER durante la realización de este estudio. En la actualidad su denominación ha cambiado por la de ArcelorMIttal Gipuzkoa, S.L.U.

Datos utilizados

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El diagrama tensiรณn-deformaciรณn de cada ensayo estรก formado por, aproximadamente, 3.000 puntos habiendo sido por tanto necesario procesar mรกs de 22 millones de datos para llevar a cabo el presente estudio.

Datos utilizados

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Capítulo 4 Conceptos básicos. Terminología

4.1 TIPOS DE DIAGRAMAS TENSIÓN-DEFORMACIÓN En el presente estudio se manejan tres tipos de diagramas tensión-deformación (en adelante, para abreviar, DTD) que conviene diferenciar claramente: • DTD de un ensayo individual, a los que nos referiremos en general como DTDI. • DTD característico de una población (por ejemplo el material en rollo de acero B 500 SD de 12 mm de una determinada fábrica) obtenido a partir de un conjunto de ensayos (por ejemplo, 10 probetas de cada una de 20 coladas diferentes). Nos referiremos de forma genérica a los mismos como DTDP. • DTD característico garantizado por ARCER para un conjunto de poblaciones (en general, para todos los rollos de la marca ARCER de acero B 500 SD). Nos referiremos al mismo como DTDA.

4.2 PARÁMETROS ASOCIADOS AL DIAGRAMA TENSIÓN-DEFORMACIÓN DE UN ENSAYO INDIVIDUAL Los parámetros que definen un DTDI aparecen representados en la Figura 1 y se describen a continuación. La metodología seguida para su determinación a partir de los resultados de ensayo efectuados, conforme a lo indicado en la norma UNE-EN ISO 15630-1:2003, se expone en el Anejo 1 de esta monografía. fy :

límite elástico, en N/mm2. Corresponde al Rp0.2, o límite elástico convencional, tal como se define en la norma UNE-EN 10080:2006.

fs :

resistencia a la tracción, en N/mm2. Corresponde al Rm, tal como se define en la norma UNE-EN 10080:2006.

Parámetros asociados al diagrama tensión-deformación de un ensayo individual

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Tensión (N/mm2 )

0,995 fs fy

0 εy

εsh

ε1 εmax

Deformación (%)

Figura 1 Parámetros que definen el DTDI de un ensayo.

εmax : alargamiento bajo carga máxima, en %. Corresponde al Agt, tal como se define en la norma UNE-EN 10080:2006. De acuerdo con la norma UNE-EN ISO 15630-1:2003 se asume que dicho punto es aquél en el que la tensión se ha reducido en un 0,5 % respecto a su valor máximo fs. Por convención, se asume que el DTDI finaliza en la abscisa correspondiente al valor del εmax. εy :

abscisa correspondiente al inicio del tramo horizontal de cedencia, en %.

εsh :

abscisa correspondiente al punto final del tramo horizontal de cedencia, en %.

ε1 :

abscisa correspondiente al primer máximo del DTDI, en %.

En todos los casos considerados en este estudio, se ha adoptado el valor fy,nominal = 500 N/mm2.

4.3 VALORES CARACTERÍSTICOS CORRESPONDIENTES A UNA DETERMINADA POBLACIÓN La forma en la que se efectúa el cálculo de estos valores característicos se expone en el Anejo 1 de esta monografía. fyk :

valor característico del límite elástico, en N/mm2. De acuerdo con la norma UNE-EN 10080:2006, se define como el valor para el que puede afirmarse, con un 90 % de confianza estadística, que es superado por al menos el 95 % de los valores de los fy en una determinada población. La Instrucción EHE-08 prescribe, para el acero corrugado del tipo B 500 SD presentado en forma de rollo, un valor mínimo de 500 N/mm2.

fsk :

valor característico de la resistencia a la tracción, en N/mm2. De acuerdo con la norma UNE-EN 10080:2006, se define

La forma del tramo de endurecimiento, definida por una función exponencial de ecuación general y = γ −α e-βx, viene dada por los valores que adquieren los coeficientes α y β. A partir de los parámetros anteriores se derivan dos nuevos parámetros: el ratio fs/fy y el ratio fy,real/fy,nominal.

Conceptos básicos. Terminología

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como el valor para el que puede afirmarse, con un 90 % de confianza estadística, que es superado por al menos el 95 % de los valores de los fs en una determinada población. La Instrucción EHE-08 prescribe, para el acero corrugado del tipo B 500 SD presentado en forma de rollo, un valor mínimo de 575 N/mm2. εmax,k : valor característico del alargamiento bajo carga máxima, en %. De acuerdo con la norma UNE-EN 10080:2006, se define como el valor para el que puede afirmarse, con un 90 % de confianza estadística, que es superado por al menos el 90 % de los valores de los εmax en una determinada población. La Instrucción EHE-08 prescribe, para el acero corrugado del tipo B 500 SD presentado en forma de rollo, un valor mínimo del 9,5 %. (fs/fy)k,i : valor característico inferior del ratio fs/fy. De acuerdo con la norma UNE-EN 10080:2006, se define como el valor para el que puede afirmarse, con un 90 % de confianza estadística, que es superado por al menos el 90 % de los valores de los ratios fs/fy en una determinada población. La Instrucción EHE-08 prescribe, para acero corrugado del tipo B 500 SD presentado en forma de rollo, un valor mínimo de 1,15. (fs/fy)k,s : valor característico superior del ratio fs/fy. De acuerdo con la norma UNE-EN 10080:2006, se define como el valor para el que puede afirmarse, con un 90 % de confianza estadística, que supera al menos el 90 % de los valores de los ratios fs/fy en una determinada población. La Instrucción EHE-08 prescribe, para el acero corrugado del tipo B 500 SD presentado en forma de rollo, un valor máximo de 1,35.

(fy,real/fy,nominal)k: valor característico superior del ratio fy,real/fy,nominal. De acuerdo con la norma UNE-EN 10080:2006, se define como el valor para el que puede afirmarse, con un 90 % de confianza estadística, que supera al menos el 90 % de los valores de los ratios fy,real/fy,nominal en una determinada población. La Instrucción EHE-08 prescribe, para el acero corrugado del tipo B 500 SD presentado en forma de rollo, un valor máximo de 1,25.

4.4 PARÁMETROS ASOCIADOS AL DIAGRAMA TENSIÓN-DEFORMACIÓN CARACTERÍSTICO DE UNA POBLACIÓN El DTDP se obtiene a partir de una muestra (por ejemplo, 10 probetas de cada una de 20 coladas) seleccionada al azar de dicha población, y se define como2: “Lugar geométrico de los puntos (x,y) para los que, a cada abscisa “x” le corresponde una ordenada “y”, que se define como el valor característico (límite de tolerancia inferior unilateral con nivel de confianza 90 % y nivel de seguridad 95 %) de las ordenadas correspondientes a una deformación porcentual “x” en los diagramas tensión-deformación de los individuos de la población estudiada”. Tal como se expone en el apartado 5.3, tras calcular los puntos que constituyen el DTDP, éstos se ajustan para que el diagrama tenga una forma similar a la de un diagrama tensión-deformación habitual, con un tramo recto OA correspondiente a la zona elástica, un tramo horizontal AB que correspondería a la zona de cedencia, un tramo curvado creciente BC, que correspondería a la zona de endurecimiento y un tramo final CD decreciente3 (ver Figura 3).

2) Definición acordada por la marca ARCER para la realización de sus estudios de investigación. 3) Este tramo final no tiene una significación física sino estadística. Su misión es la de prolongar el diagrama hasta el valor de la deformación para la que hubieran fallado el 5 % de las muestras ensayadas.

Parámetros asociados al diagrama tensión-deformación característico de una población

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En la Figura 2 se representan los 200 DTDI correspondientes a la muestra tomada de una determinada población, junto con el DTDP característico de la misma. Se adopta la siguiente nomenclatura4 para los parámetros que definen estos tramos, parámetros que se representan en la Figura 3 y cuyo procedimiento de cálculo se expone en el Anejo 1. σH: Ordenada correspondiente al tramo horizontal del DTDP. Es importante señalar que el σH no tiene por qué coincidir con el valor característico del límite elástico, fyk, en la población, aunque generalmente resulta muy próximo a éste.

εHi:

Abscisa del punto inicial del tramo horizontal del DTDP.

εHf: Abscisa del punto final del tramo horizontal del DTDP. εσm: Abscisa del punto correspondiente a la máxima tensión en el DTDP. εfincc: Abscisa correspondiente al punto final del DTDP. De acuerdo con la definición dada anteriormente para el DTDP, el εfincc se obtiene como la deformación para la que han fallado el 5 % de las muestras ensayadas. De acuerdo con las definiciones anteriores, se tienen las siguientes coordenadas para los puntos que definen los diferentes tramos del DTDP (ver Figura 3): O: (0,0), A: (εHi, σH), B: (εHf, σH), C: (εσm, σmax), D: (εfincc,σfin)

700 600 500 Tensión (N/mm2 )

σmax: Ordenada correspondiente a la máxima tensión en el DTDP. Es importante señalar que el σmax no tiene por qué coincidir con el valor característico de la resistencia a tracción, fsk, en la población, resultando en general ligeramente inferior a éste.

σfin: Ordenada correspondiente al punto final del DTDP.

400 300 200 100

DTD característico DTD individuales

Deformación (%) Figura 2: DTDI individuales y DTDP característico de una población. 4) El objetivo de esta nomenclatura es evitar confusiones con la nomenclatura de los valores característicos de los parámetros asociados a los DTDI .

Conceptos básicos. Terminología

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4.5 PARÁMETROS ASOCIADOS AL DIAGRAMA TENSIÓN-DEFORMACIÓN CARACTERÍSTICO GARANTIZADO POR LA MARCA ARCER Para los parámetros que definen el diagrama tensión-deformación característico garantizado por

la marca ARCER para un conjunto de poblaciones, al que nos referiremos como DTD A, se utiliza la misma nomenclatura que para los parámetros del DTDP.

Tensión (N/mm2 )

σmax σfin

σH

0 εHi

εHf

Deformación (%)

εσm εfincc

Figura 3: Parámetros que definen el DTDP característico de una población.

Parámetros asociados al diagrama tensión-deformación característico garantizado por la marca ARCER

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Capítulo 5 Resultados obtenidos

Los resultados obtenidos en las 16 poblaciones estudiadas se recogen en el Anejo 2. Las principales conclusiones de los mismos se relacionan a continuación. 5.1 VALORES CARACTERÍSTICOS Los valores característicos garantizados por ARCER para el material presentado en forma de rollo resultan de elegir en cada caso el valor más desfavorable de los obtenidos en las 16 poblaciones analizadas (ver Tabla A.2.1 del Anejo 2). Tabla 2: Valores característicos garantizables por ARCER. PARÁMETRO

VALOR GARANTIZADO

fyk

515,2 N/mm2

fsk

625,0 N/mm2

εmax,k

10,19 %

5.2 DIAGRAMAS TENSIÓN-DEFORMACIÓN CARACTERÍSTICOS Mediante la metodología descrita en el Anejo 1 se han obtenido los diagramas tensión-deformación característicos de las 16 poblaciones analizadas. En la Figura 4 están representados todos ellos, diferenciándose mediante distintos colores los correspondientes a diferentes diámetros. Como puede observarse en la figura no se aprecia diferencia sistemática alguna entre diámetros que pudiera justificar el establecimiento de diferentes diagramas tensión-deformación en función de los mismos.

Diagramas tensión-deformación característicos

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5.3 DIAGRAMAS TENSIÓN-DEFORMACIÓN MEDIOS

característico (aquél para el que ha fallado el 5 % de las probetas).

El diagrama tensión-deformación medio para una población se define como aquél que hace corresponder a cada abscisa εs el valor medio de las tensiones σs para dicha abscisa de las barras que no han fallado aún para dicha deformación. Por convenio, estos DTD medios se establecen desde εs = 0 hasta el mismo valor εfincc definido para el diagrama

En la Figura 5 se representan los 16 diagramas tensión-deformación medios, diferenciando mediante distintos colores los correspondientes a los diferentes diámetros, observándose de nuevo que no parece justificado realizar un tratamiento por separado de cada uno de ellos.

700 600

Tensión (N/mm2 )

500

400 300 200 100

Figura 4: Diagramas característicos tensión-deformación de las 16 poblaciones.

Diámetro 08 Diámetro 12 Diámetro 16 Diámetro 20

Deformación (%)

800 700

Tensión (N/mm2 )

600 500 400 300 200 100 Figura 5: Diagramas medios tensión-deformación de las 16 poblaciones.

Diámetro 08 Diámetro 12 Diámetro 16 Diámetro 20

Resultados obtenidos

Deformación (%)

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Capítulo 6 Diagrama tensión-deformación garantizado por la marca ARCER

6.1 DIAGRAMA TENSIÓN-DEFORMACIÓN CARACTERÍSTICO GARANTIZADO Las Figuras 4 y 5 no han puesto de manifiesto diferencias sistemáticas que pudieran justificar la propuesta de diferentes DTDA garantizados en función del diámetro. En consecuencia, se ha decidido proponer un único diagrama-tensión deformación característico garantizado por la marca ARCER para todo el material presentado en forma de rollo de acero del tipo B 500 SD. La obtención del diagrama garantizado se ha llevado a cabo mediante la metodología expuesta en el Anejo 1. En la Figura 6 se representa el diagrama obtenido, junto con los DTDP de las 16 poblaciones que han servido de base para su obtención. Los parámetros que definen este diagrama tensión-deformación característico garantizado son los siguientes: σH: 516,93 N/mm2 σmax: 621,86 N/mm2 εσm: 10,050 % εfincc: 10,200 %

εHi: 0,258 % α: 109,72

εHf: 2,700 % β: 0,426

γ: –190,6631

El área comprendida bajo el DTDA ha resultado igual a 57,82 N/mm2, inferior al menor de los valores de dichas áreas para los 16 DTDP estudiados, cuyo valor es de 58,73 N/mm2.

6.2 ECUACIONES ANALÍTICAS DEL DTDA GARANTIZADO POR ARCER Las ecuaciones que definen el DTDA, expresando las σs en función de las εs , son las siguientes en las que las deformaciones εs están expresadas en tantos por uno, en lugar de en tantos por cien como en el resto de esta monografía, y las tensiones σs en N/mm2.

Diagrama tensión-deformación característico garantizado

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Tramo elástico (εs < 0,00258) σs = 200.000 · εs Escalón horizontal de cedencia (0,00258 < εs < 0,02700) σs = 516,93 Tramo de endurecimiento (0,02700 < εs < 0,10050) σs = 516,93 + 109,716[1 – exp(–42,61(εs – 0,02700))] Tramo final decreciente (0,10050 < εs < 0,10200) σs = 621,86 – 190.663 (εs – 0,10050)2 Por su parte las ecuaciones que definen el DTDA, expresando las εs en función de las σs son las siguientes:

En la Figura 7 se representa el diagrama tensión-deformación medio de las 16 poblaciones estudiadas. Los parámetros que definen dicho diagrama son los siguientes: σH: σmax: εHi: εHf: εσm: εfincc: α: β: γ:

556,54 N/mm2 667,00 N/mm2 0,278 % 2,041 % 10,791 % 11,821 % 113,70 0,406 –4,3401

Las ecuaciones que definen el DTDA medio, expresando las σs en función de las εs , son las siguientes en las que las deformaciones εs están expresadas en tantos por uno, en lugar de en tantos por cien como en el resto de esta monografía, y las tensiones σs en N/mm2.

700 600 500 Tensión (N/mm2 )

Tramo elástico (σs < 516,93) εs = 5·10-6 · σs Tramo de endurecimiento (516,93 < σs < 621,86) εs = 0,02700 – (1/42,61) loge((626,746 – σs)/109,716)

6.3 DTDA MEDIO

400 300 200 100

Diagrama garantizado Diagramas poblaciones analizadas

10 Deformación (%)

Figura 6: Diagrama tensión-deformación característico garantizado por la marca ARCER para el material presentado en forma de rollo de acero tipo B 500 SD.

Diagrama tensión-deformación garantizado por la marca ARCER

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Tramo elástico (εs < 0,00278) σs = 200.000 · εs Escalon horizontal de cedencia (0,00278 < εs < 0,02041) σs = 556,54 Tramo de endurecimiento (0,02041 < εs < 0,10791) σs = 556,54 + 113,701[1 – exp(–40,63(εs – 0,02041))] Tramo final decreciente (0,10791< εs < 0,11821) σs = 667,00 –43.401(εs – 0,10791)2

Por su parte las ecuaciones que definen el DTDA promedio, expresando las εs en función de las σs son las siguientes: Tramo elástico (σs < 556,55) εs = 5·10-6 · σs Tramo de endurecimiento (556,55 < σs < 667,00) εs = 0,02041 – (1/40,63) loge((670,246 – σs)/113,701)

700 600

Tensión (N/mm2 )

500 400

300 200 100

Deformación (%) Figura 7: Diagrama tensión-deformación medio de la marca ARCER para el material presentado en forma de rollo de acero tipo B 500 SD.

6.4 COMPARACIÓN CON LAS EXIGENCIAS DE LA INSTRUCCIÓN EHE-08

2. El DTD característico promedio de las 16 poblaciones estudiadas.

Con el fin de poner de manifiesto el margen de garantía asociado al DTDA propuesto, en la Figura 8 se representan los cuatro diagramas siguientes:

3. El DTDA garantizado por ARCER para el material presentado en forma de rollo de acero tipo B 500 SD.

1. El DTD medio promedio de las 16 poblaciones estudiadas.

4. El DTD que correspondería al cumplimiento estricto de la Instrucción EHE-085.

5) Dado que la Instrucción EHE-08 no prescribe ningún valor máximo para el εsh, para dibujar el diagrama correspondiente a la misma se ha tomado para dicho parámetro el máximo valor hallado en los diagramas característicos obtenidos. En cuanto a los parámetros α y β, que tampoco se contemplan en la Instrucción, se ha adoptado el valor medio hallado en los 16 DTDP obtenidos.

Comparación con las exigencias de la Instrucción EHE-08

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700 600

Tensión (N/mm2 )

500 400 300 200 100

DTD medio promedio DTD característico promedio DTD característico garantizado DTD correspondiente a la EHE-08

Deformación (%)

Figura 8: Diagramas tensión-deformación medio promedio, característico promedio y garantizado, y correspondiente a la Instrucción EHE-08

Se aprecia que el diagrama característico promedio para las 16 poblaciones estudiadas es sensiblemente mejor que el DTDA garantizado por ARCER, y que éste supera a su vez al correspondiente a las exigencias de la Instrucción EHE-08. Con el fin de cuantificar estas diferencias se han calculado las áreas totales bajo los cuatro diagramas recogidos en la figura anterior, áreas que corresponden a las energías (en N/mm2 ) absorbidas por el material antes de colapsar. Los resultados obtenidos se recogen en la Tabla 3.

rior a la correspondiente al DTDA garantizado por ARCER, lo que pone de manifiesto el considerable margen de seguridad con el que éste se ha establecido. A su vez, el área bajo el DTDA garantizado por la marca ARCER para el material en rollo es un 11% más elevada que la que correspondería al estricto cumplimiento de la Instrucción EHE-08.

6.5 TENACIDAD DE LOS ACEROS ARCER Se constata que el área bajo el diagrama característico promedio obtenido para las 16 poblaciones consideradas en el estudio es sensiblemente supe-

Una de las propiedades más valoradas de los aceros del tipo SD es su tenacidad, entendida como la capa-

Tabla 3: Energías bajo los diagramas tensión-deformación. ENERGÍA (N/mm2)

PORCENTAJE RESPECTO A EHE-08

DIAGRAMA CORRESPONDIENTE A LA INSTRUCCIÓN EHE-08

52,1

100 %

DIAGRAMA CARACTERÍSTICO GARANTIZADO POR ARCER

57,8

111 %

DIAGRAMA CARACTERÍSTICO PROMEDIO DEL ESTUDIO

70,7

136 %

DIAGRAMA MEDIO PROMEDIO DEL ESTUDIO

73,4

141 %

Diagrama tensión-deformación garantizado por la marca ARCER

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cidad de absorción de energía hasta que se produce su rotura. Una forma sencilla de evaluar la tenacidad del acero consistiría en medir el área encerrada por el diagrama tensión-deformación, tal y como hemos visto en el apartado anterior; este procedimiento presenta el inconveniente de no proporcionar información sobre la cantidad de energía plástica disponible respecto a la energía elástica, algo que puede ser muy importante en materiales presentados en forma de rollo, dado que han de experimentar un proceso de enderezado antes de poder convertirse en formas de armado, lo que introducirá algunas modificaciones en su energía plástica 6. Por ello, cobra un especial interés la utilización de índices adimensionales que permitan cuantificar la tenacidad de un acero, con independencia de los valores finales de su resistencia o deformación a rotura. El índice de tenacidad Id (ver [1]) se define como la relación existente entre la energía total que es capaz de absorber un acero hasta alcanzar la rotura (expre-

sada como la suma de la energía elástica y la energía plástica) y la energía elástica del mismo. Id =

EE + EP EE

ET EE

En la Tabla 4 se recogen los valores obtenidos para el índice de tenacidad de los cuatro DTD considerados en el apartado anterior. Se aprecia que el índice de tenacidad del DTDA garantizado por ARCER para el material presentado en forma de rollo es un 3,7 % más alto que el correspondiente al cumplimiento estricto de las exigencias de la EHE-08, mientras que, para el diagrama característico promedio de las 16 poblaciones de rollos ARCER analizadas en esta monografía, el índice de tenacidad es un 18 % mayor que el correspondiente a las exigencias de la mencionada Instrucción. Estos resultados posicionan a los aceros presentados en forma de rollo de la marca ARCER en una situación muy adecuada ante las posibles operaciones de enderezado que ha de experimentar en el proceso de elaboración de las armaduras pasivas.

Tabla 4: Índices de tenacidad. ÍNDICE DE TENACIDAD

PORCENTAJE RESPECTO A EHE-08

DIAGRAMA CORRESPONDIENTE A LA INSTRUCCIÓN EHE-08

83,47

100,0 %

DIAGRAMA CARACTERÍSTICO GARANTIZADO POR ARCER

86,54

103,7 %

DIAGRAMA CARACTERÍSTICO PROMEDIO DEL ESTUDIO

98,80

118,4 %

DIAGRAMA MEDIO PROMEDIO DEL ESTUDIO

94,75

113,5 %

6) Por lo general los procesos de enderezado del material presentado en forma de rollo tienden a hacer desaparecer el escalón de cedencia, a aumentar el valor del límite elástico y a disminuir el valor del alargamiento bajo carga máxima.

Tenacidad de los aceros ARCER

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Capítulo 7 El tratamiento del acero en la nueva Instrucción de Hormigón Estructural EHE-08 7.1 LAS CARACTERÍSTICAS MECÁNICAS La Instrucción de Hormigón Estructural EHE-08 introduce una serie de modificaciones en las consideraciones que efectúa sobre el acero corrugado utilizado para la elaboración de las armaduras pasivas. Por primera vez distingue la forma de presentación del acero corrugado en forma de rollo o en forma de barra, prescribiendo para cada uno de ellos unas especificaciones mecánicas diferentes en relación a uno de los parámetros que define la ductilidad del acero: el alargamiento bajo carga máxima, tal y como se puede ver en la Tabla 8. Las mayores exigencias establecidas para el material en forma de rollo tienen como única finalidad poder garantizar que los procedimientos de enderezado utilizados no van a alterar las características de ductilidad del acero por encima de las exigencias establecidas para la armadura. De hecho, en los artículos correspondientes a la elaboración de la armadura se prescribe la realización de ensayos específicos de validación de los procesos de enderezado sobre cada máquina utilizada, debiendo alternar los diámetros ensayados de forma que se tengan datos de todos los diámetros utilizados en la misma. El procedimiento de enderezado se considera válido si la máxima variación que se produzca para la deformación bajo carga máxima es inferior a 2,5 % (Art. 69.3.2). Como ya se ha comentado en otras publicaciones ARCER, la ductilidad de los aceros no se evalúa exclusivamente a través del valor de un único parámetro como el alargamiento bajo carga máxima. Por esta razón, en el estudio efectuado sobre el material en forma de rollo se ha empleado el concepto de energía absorbida hasta rotura y el de índice de tenacidad, descrito en [1], como forma mucho más completa de evaluar la variación de las características de ductilidad de un acero con características especiales de ductilidad al verse sometido a un proceso mecánico de enderezado.

Las características mecánicas

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Tabla 8: Características mecánicas de las barras y rollos de acero corrugado.

TIPO DE ACERO

ACERO SOLDABLE

Designación

B 400 S

B 500 S

B 400 SD

B 500 SD

Límite elástico, fy (N/mm2 ) (1)

≥ 400

≥ 500

≥ 400

≥ 500

Carga unitaria de rotura, fs (N/mm2 ) (1)

≥ 440

≥ 550

≥ 480

≥ 575

Alargamiento de rotura, A5 (%)

≥ 14

≥ 12

≥ 20

≥ 16

Acero suministrado en barra Alargamiento total bajo carga máxima, Acero suministrado en rollo (3) εmáx (%)

≥ 5,0

≥ 7,5

≥ 10,0

Relación fs/fy(2)

≥ 1,05

≥ 1,20 ≤ 1,35

≥ 1,15 ≤ 1,35

—

≤ 1,20

≤ 1,25

—

Relación fy, real/fy, nominal Resistencia a fatiga (4) Resistencia a deformación alternativa

ACERO SOLDABLE CON CARACTERÍSTICAS ESPECIALES DE DUCTILIDAD

(4)

(1) Para el cálculo de los valores unitarios se utilizará la sección nominal. (2) Relación admisible entre la carga unitaria de rotura y el límite elástico obtenidos en cada ensayo. (3) En el caso de aceros corrugados procedentes de suministro en rollo, las muestras deberán ser previamente enderezadas y envejecidas, de acuerdo a los procedimientos descritos en el Anejo 23 de la Instrucción EHE-08 y en la norma UNE-EN ISO 15630-1:2003, respectivamente. Considerando la incertidumbre que puede conllevar el procedimiento de preparación de las probetas, pueden aceptarse aceros que presenten valores característicos de εmáx que sean inferiores en un 0,5% a los indicados en la tabla. (4) Conforme a norma UNE 36065:2000EX.

7.2 LAS CARACTERÍSTICAS GEOMÉTRICAS La aplicación de procesos de enderezado puede tener como consecuencia la alteración de las características geométricas de la armadura, fundamentalmente en la altura de las corrugas transversales. El efecto puede ser doble. Por una parte, la disminución de la altura de corruga puede suponer la pérdida de condiciones de adherencia, y por otra puede ser un indicador directo del nivel de agresividad del procedimiento de enderezado utilizado. En relación al primer tema la influencia real sobre las condiciones de adherencia son mínimas, entre otras cuestiones porque es muy difícil que se produzca una pérdida completa de los resaltos, y de producirse algún daño se haría en zonas muy concretas y localizadas. No obstante, la Instrucción exige, en su artículo 32.2, que el certificado de homologación de adherencia

de los productos de acero en forma de rollo indique de forma expresa que la altura de los resaltos debe ser superior en 0,1 mm a la indicada en el certificado para diámetros superiores a 20 mm o a 0,05 mm en el resto de los casos. En relación al segundo tema, se especifica la comprobación de la variación de la altura de corruga en los ensayos de validación de los procesos de enderezado (Art. 69.3.2), de manera que ésta no sea superior a 0,1 mm para diámetros superiores a 20 mm, ni a 0,05 mm en los restantes casos. Los valores indicados no responden a ningún tipo de criterio generalmente aceptado o a la comprobación de valores encontrados en la práctica. Lo que sí merece la pena destacar es que la precisión total del ensayo de medida de la altura de corruga puede conducir a variaciones de las medidas efectuadas del orden de 0,2 mm, lo que invalida de partida la comprobación propuesta por la Instrucción EHE-08.

El tratamiento del acero en la nueva Instrucción de Hormigón Estructural EHE-08

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7.3 DETERMINACIÓN DEL ALARGAMIENTO BAJO CARGA MÁXIMA La otra modificación que se produce con la nueva Instrucción EHE-08 es la adopción de nuevas normas de referencia. En el caso de los productos de acero para hormigón la norma de referencia es la UNE-EN 10080:2006, y para la realización de los ensayos de tracción de los mismos la norma UNE-EN ISO 15630-1:2003. Esta norma no establece de forma clara el punto en el que se debe efectuar la medida del alargamiento bajo carga máxima. Únicamente indica al respecto que esta medida ha de efectuarse antes de que se produzca un descenso por encima del 0,5 % de la carga de rotura (ver Anejo 5). Dada la forma del diagrama tensión-deformación de los aceros con características especiales de ductili-

dad (SD), en los que la rama de deformación plástica presenta una amplia meseta horizontal las diferencias que pueden producirse son realmente amplias. El criterio utilizado por ARCER en la caracterización de sus productos fue la de elegir el primer máximo quedando de esta forma del lado de la seguridad. Al modificarse las exigencias para los aceros en forma de rollo, aumentando de forma importante, y aparentemente poco justificada, el valor característico exigido para el alargamiento bajo carga máxima, se efectuó un estudio específico por parte de la marca ARCER comprobando que dicha exigencia podría ser asumida siempre y cuando la medida de esta característica se efectuase de conformidad con la norma UNE-EN 15630-1:2003 y se tomase en el punto en el que precisamente la carga de rotura desciende en un 0,5 %.

Determinación del alargamiento bajo carga máxima

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Capítulo 8 Fabricación del acero corrugado en forma de rollo

Actualmente, el acero corrugado en forma de rollo se fabrica mediante dos procedimientos generales de acabado en caliente: el sistema “Stelmor” y el sistema “Spooler”. Ambos procedimientos parten de palanquillas que son laminadas en un tren de laminación en caliente, mediante sucesivos pasos por cajas de laminación (Figura 9) hasta alcanzar el diámetro requerido. En la última caja es donde se procede a dar al acero sus medidas geométricas finales y se realiza la formación de la corruga, que determinará las condiciones de adherencia con el hormigón. El tren de laminación se subdivide en tres zonas, antes del enfriamiento final: una primera zona de desbaste, una segunda zona conocida como tren intermedio y la zona de acabado o acabador. Ambos sistemas industriales de fabricación de rollo comparten las tres zonas. Ambos trenes cuentan, además, con una zona de enfriamiento que puede ser con aire y/o con agua La laminación (deformaciones, temperaturas y velocidades de laminación) definirá el tamaño de grano austenítico final y los enfriamientos posteriores darán al acero corrugado sus características mecánicas finales. Cuando la laminación y el tratamiento se realizan de forma controlada, se denomina tratamiento termomecánico. En ambos casos se puede realizar o no (dureza natural) un tratamiento de temple posterior a la laminación por medio de cajas de agua (Figura 10). Éstas están constituidas por una serie de conducciones tubulares a través de las cuales se inyecta agua a presión generando un anillo de agua alrededor del redondo corrugado, que produce un enfriamiento brusco de la superficie del mismo, consiguiendo con ello templarlo superficialmente. La capa de martensita formada será clave en las características finales del producto. La diferenciación de los dos sistemas descansa en el modo de realizar el enfriamiento controlado posterior al temple que proporcionará las propiedades mecánicas finales al producto. A este segundo enfriamiento, si se realiza el temple superficial, se denomina revenido.

Fabricación del acero corrugado en forma de rollo

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Figura 9: Redondo pasando por una caja de laminación.

Figura 10: Caja de agua para realizar el templado del redondo corrugado.

Fabricación del acero corrugado en forma de rollo

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8.1 SISTEMA DE CONFORMADO “STELMOR” Una vez que la barra sale del tratamiento de temple superficial entra en la formadora de espiras. Las espiras formadas van cayendo en un camino de rodillos que da nombre al sistema (Figura 11). Durante el avance de las espiras en el sistema de evacuación, se les realiza un enfriamiento contro-

lado, que dará al rollo sus características mecánicas finales. Éste lo regula la velocidad de avance de los rodillos y el caudal de aire insuflado. Al final, las espiras caen en un mandrino para conformar la bobina. Seguidamente se efectúa su traslado a la zona de expediciones o al área de compactación en frío del rollo, que posteriormente se envía al almacén de expediciones.

31 Figura 11: Enfriamiento de las espiras del redondo corrugado en el “Stelmor”.

8.2 SISTEMA DE CONFORMADO “SPOOLER” En este caso, después del tratamiento de temple superficial, la barra entra en unas cajas de agua similares a las anteriormente descritas para el temple, donde se lleva a cabo el enfriamiento controlado del acero corrugado durante su revenido, para obtener así un enfriamiento homogéneo a lo largo de toda su

longitud y poder controlar la temperatura de bobinado, factor fundamental para evitar problemas de conformación y de dispersión en las características mecánicas. Mediante un elemento móvil giratorio se recoge el acero corrugado y se encarreta (Figura 12), procediendo posteriormente a la extracción del rollo encarretado, su flejado y evacuación al almacén de expediciones.

Figura 12: Encarretado del redondo corrugado.

Sistema de conformado “Spooler”

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Capítulo 9 Conclusiones

La marca ARCER ha adaptado las exigencias que voluntariamente establece para los productos amparados por ella a la nueva Instrucción de Hormigón Estructural EHE-08. Para ello, considera como productos diferentes los aceros corrugados presentados en forma de barras rectas o en forma de rollos, determinando para cada uno de ellos el diagrama tensión-deformación característico garantizado. En el caso del material presentado en forma de rollo ha habido que realizar un estudio específico para la determinación del diagrama tensión-deformación característico garantizado por ARCER (DTDA) en el que se han aplicado las nuevas consideraciones establecidas por las normas UNE-EN 10080:2006 y UNE EN ISO 15630-1:2003, adoptadas como normas de referencia por la Instrucción EHE-08. El estudio se ha realizado sobre 16 poblaciones de rollo conformes con los criterios establecidos por la marca ARCER, lo que ha proporcionado una base experimental de 3.800 resultados de ensayo, que ha supuesto el tratamiento estadístico de más de 22 millones de datos. El estudio estadístico ha constatado la inexistencia de diferencias sistemáticas entre los diámetros estudiados que justifique el establecimiento de diagramas diferenciados en función de los mismos. Siguiendo la metodología estadística descrita en esta monografía se ha obtenido un diagrama tensión-deformación característico garantizado por ARCER para el material suministrado en forma de rollo que supera en todos sus puntos al exigido reglamentariamente por la Instrucción EHE-08, y que representa una capacidad de absorción de energía hasta rotura un 11 % superior, en el peor de los casos, y como media un 36 % superior, lo que garantiza unas condiciones muy ventajosas ante los procesos de enderezado que han de experimentar estos productos para transformarse en armaduras pasivas para hormigón. Estas mejores condiciones se constatan, asimismo, a través del Índice de Tenacidad de los aceros, pudiéndose afirmar que el nivel de garantía y de seguridad que ofrecen a sus usuarios es sensiblemente superior al exigido para ellos por la reglamentación oficial.

Conclusiones

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Anejo 1 Metodología estadística

A1.1 OBTENCIÓN DE LOS PARÁMETROS DEL DIAGRAMA TENSIÓN-DEFORMACIÓN DE UN ENSAYO INDIVIDUAL (DTDI) Estos parámetros se obtienen a partir de las coordenadas de los varios miles de puntos del diagrama facilitados por la máquina de ensayo. El procedimiento seguido es el siguiente: Las coordenadas (x,y) de los puntos del ensayo vienen en un archivo expresadas en porcentaje de deformación (las abscisas “x”, que corresponden por tanto a las εs) y en N/mm2 (las ordenadas “y”, que corresponden a las tensiones σs). Los cálculos que se realizan para obtener a partir de dichos valores los de los parámetros que definen el correspondiente DTDI son los siguientes: a) Hacer fs igual al máximo valor de “y”. Hacer ε1 igual al valor de “x” correspondiente a dicho máximo (si hay varios valores de x posibles se adopta el menor). b) Seleccionar los puntos del ensayo que verifican x < ε1 y, además, que el σs está comprendido entre el 20 % y el 50 % del fs7. Ajustar a esos puntos una recta por mínimos cuadrados. La pendiente de la recta es el módulo de elasticidad Es. Obtener el punto x0 de corte de dicha recta con el eje de abscisas. Trasladar el origen de las x a ese punto, haciendo x = x – x0 (hacer también ε1 = ε1 – x0). c) Trazar por el punto (0,2;0) una recta de pendiente Es. Ir examinando los puntos del ensayo hasta detectar el primero cuya ordenada es inferior a la correspondiente en dicha recta. Hacer fy igual al promedio de todos los valores de “y” en el ensayo que se encuentran un 2 % por debajo o por encima del punto de corte obtenido (valores li y ls).

7) De acuerdo con lo prescrito en la norma UNE-EN ISO15630-1:2003.

Obtención de los parámetros del diagrama tensión-deformación de un ensayo individual (DTDi)

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d) Hacer εy igual a fy/Es. e) Partiendo del punto (ε1, fs) del ensayo, ir retrocediendo hasta encontrar el primer punto cuya ordenada sea menor que ls. El promedio entre la abscisa de dicho punto y la del anterior indicará el punto final εsh del escalón de cedencia. f) Una vez obtenidos los puntos A (εy, fy), B (εsh, fy) y C (ε1, fs), los dos primeros tramos del diagrama ajustado del ensayo corresponderán a los segmentos rectilíneos O-A (zona elástica) y A-B (escalón horizontal de cedencia). g) Para ajustar el tramo B-C de endurecimiento se han ensayado diferentes expresiones analíticas (polinomio de 2º o 3er grado, función potencial, etc.) encontrándose que los mejores ajustes los proporciona una curva de tipo exponencial. Dicho tramo se modela, por tanto, ajustando por mínimos cuadrados los puntos correspondientes (es decir, aquéllos cuyas abscisas x verifiquen εsh ≤ x ≤ ε1 ) a una curva exponencial de ecuación general y = γ – αe-βx, a la que se impone la restricción de que pase por los puntos B y C. La curva así ajustada es la que corresponde al tramo de fluencia. Dicha curva viene definida por los parámetros α y β, dado que γ se obtiene a partir de éstos y de los restantes parámetros del DTDI.

h) Calcular el valor de “x” inmediatamente anterior a la primera abscisa mayor que ε1 para la cual y ≤ 0,995·fs. Dicho valor es el εmax del ensayo. El punto D de coordenadas (εmax; 0,995·fs) es el punto final del DTD del ensayo. Para el tramo final decreciente C-D se adopta la forma analítica de una parábola que pasa por C y D y tiene tangente horizontal en C. La ecuación de esta parábola viene completamente determinada por los valores de fs, ε1 y εmax. i)

Los resultados del ajuste de los datos del ensayo al DTD se sintetizan en un vector constituido por los valores [fy, fs, εy, εsh, ε1, εmax, α, β], al que también pueden añadirse los valores de r (coeficiente de correlación del ajuste en la zona elástica) y Es (módulo de elasticidad = 100 fy/εy).

A1.2 OBTENCIÓN DE LOS VALORES CARACTERÍSTICOS DE LOS PARÁMETROS EN UNA POBLACIÓN Para cada población estudiada se calculan los valores característicos de los parámetros indicados en la Tabla 9 de los diagramas tensión-deformación. Los valores característicos se calculan a partir de una muestra de ensayos de una población, que como se ha indicado, está formada por 10 probetas seleccionadas al azar de cada una de 20 coladas seleccionadas también al azar en la población correspondiente.

Tabla 9: Parámetros del diagrama tensión-deformación.

NATURALEZA

NIVEL DE CONFIANZA (%)

NIVEL DE SEGURIDAD (%)

VALOR EXIGIDO POR LA INSTRUCCIÓN EHE-08

fyk

Unilateral inferior

≥ 500 N/mm2

fsk

Unilateral inferior

≥ 575 N/mm2

εmax,k

Unilateral inferior

≥ 9,5 %

(fs/fy)k,i

Unilateral inferior

≥ 1,15

(fs/fy)k,s

Unilateral superior

≤ 1,35

(fy,real/fy,nominal)k

Unilateral superior

≤ 1,125

PARÁMETRO

Metodología estadística

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En su determinación debe tenerse en cuenta el carácter bietápico de la muestra, aplicándose las fórmulas especiales que deben utilizarse en estos casos (tal como se expone en las referencias [3] y [5]).

A1.3 OBTENCIÓN DE LOS PARÁMETROS DEL DIAGRAMA TENSIÓN-DEFORMACIÓN CARACTERÍSTICO DE UNA POBLACIÓN (DTDP) El conjunto de ensayos realizados sobre una población da lugar a un conjunto de DTDI, obtenidos tal como se ha expuesto en el apartado anterior. Es importante tener en cuenta que los distintos DTDI tendrán en general diferentes valores para los εmax y que los valores de los fs se alcanzarán en diferentes valores de los ε1. Dado que el DTDP característico de una población estima las tensiones que se pueden garantizar, para cada deformación εs, para el 95 % de la población, se ha considerado oportuno que dicho DTDP se prolongue hasta la deformación para la que hubieran fallado el 5 % de las muestras ensayadas. A este valor se le denomina εfincc. Para la obtención de dicho diagrama característico se selecciona un número elevado (concretamente 630) de valores xi en el rango de variación de las deformaciones (desde εs = 0 hasta εs = εfincc) y para cada uno de dichos puntos se obtiene el valor característico yi (con un nivel de seguridad del 95 % y de confianza del 90 %) correspondiente a las ordenadas obtenidas para dicha deformación en todos los ensayos de la población estudiada. El cálculo de dicho valor característico se realiza teniendo en cuenta, por supuesto, el carácter bietápico de la muestra analizada, muestra que es además desequilibrada en los puntos finales en los que ya se ha superado el εmax de algún ensayo. Los 630 puntos (xi,yi) obtenidos mediante este procedimiento, y que definen el diagrama tensión-deformación característico, se someten posteriormente a un proceso similar al descrito en los puntos a) a g) del primer apartado de este anejo, con el fin de calcu-

lar los valores de los parámetros que describe dicho diagrama. Como se ha indicado en el apartado 4.4 de la monografía, dichos parámetros son: σH, σmax, εHi, εHf y εσm, además del mencionado εfincc, así como los parámetros α y β que describen la forma del tramo de endurecimiento. Para representar analíticamente el tramo final decreciente, asociado a los valores de deformaciones comprendidos entre εσm y εfincc, se ajustan los puntos correspondientes a una parábola, con la restricción de que pase por el punto (εσm, σmax) y tenga tangente horizontal en el mismo. La ecuación de dicha parábola es y = σmax – c(x – εσm)2, donde el parámetro c se obtiene mediante un ajuste por mínimos cuadrados. La ordenada de dicha parábola para la deformación εfincc será el valor de σfin. Finalmente se calcula el área comprendida bajo el DTDP característico.

A1.4 OBTENCIÓN DE LOS PARÁMETROS DEL DIAGRAMA TENSIÓN-DEFORMACIÓN CARACTERÍSTICO GARANTIZADO POR ARCER (DTDA) Una vez obtenidos los diagramas característicos para un conjunto de poblaciones (por ejemplo, para todos los aceros presentados en forma de rollo del tipo B 500 SD con la marca ARCER), se plantea el problema de definir a partir de los mismos el diagrama que la marca puede garantizar para dicho conjunto de poblaciones. La idea intuitiva es que dicho diagrama garantizado debería ser una envolvente inferior de todos los diagramas característicos individuales obtenidos. Sin embargo, dicha envolvente presentaría el problema práctico de tener una forma extraña, que no se asemejaría a la que un proyectista espera encontrar en un diagrama tensión-deformación. Por este motivo, el diagrama característico garantizado por la marca ARCER se define de acuerdo con los criterios que se indican a continuación, de manera

Obtención de los parámetros del diagrama tensión-deformación característico garantizado por ARCER (DTDA)

M O N O G R A F Í A

Partiendo de los DTDP previamente obtenidos, se adopta el valor más desfavorable para algunos de los parámetros. Así, para σH y εfincc se toman los menores valores obtenidos en el conjunto de los diagramas característicos, mientras que para la deformación εHf se toma el mayor. El valor del εHi del diagrama garantizado se calcula a partir del σH correspondiente, operando con un valor de 200.000 N/mm2 para el módulo de elasticidad Es.

mas característicos que se pretende garantizar. Los valores de σmax, εσm y los parámetros α y β se calculan aplicando a dichos puntos los procedimientos descritos en los puntos a) y g) del primer apartado de este anejo. Finalmente, para obtener el parámetro c que caracteriza el tramo final decreciente asociado a las deformaciones comprendidas entre εσm y εfincc, se opera de forma similar a la descrita en el penúltimo párrafo del apartado anterior, ajustando los puntos correspondientes a una ecuación de 2º grado, con la restricción de que pase por el punto (εσm, σmax) y tenga tangente horizontal en el mismo.

Para obtener los restantes parámetros del DTDA, se parte del intervalo comprendido entre εHf y εfincc donde se calcula para cada abscisa xi el valor yi correspondientes a la menor de las ordenadas de los diagra-

Como precaución adicional, se comprueba que, en todos los casos, las áreas bajo los diagramas característicos individuales son mayores que el área bajo el diagrama garantizado.

que se conserve una forma similar a la que presentaría un diagrama tensión-deformación real.

Metodología estadística

M O N O G R A F Í A

Anejo 2 Resultados obtenidos en el estudio del diagrama tensión-deformación del material en forma de rollo En este Anejo se recogen las tablas que contienen los resultados obtenidos para las 16 poblaciones estadísticas estudiadas para la determinación del diagrama tensión-deformación característico del material en forma de rollo con la marca ARCER. Tabla 10: Valores característicos en las 16 poblaciones.

A2.1 VALORES CARACTERÍSTICOS En la Tabla 10 se recogen los valores característicos obtenidos para los diferentes parámetros considerados en las 16 poblaciones estudiadas.

A2.2 DIAGRAMAS TENSIÓN-DEFORMACIÓN CARACTERÍSTICOS Los parámetros fundamentales que definen los DTDP en las 16 poblaciones estudiadas, calculados de acuerdo con la metodología expuesta en el Anejo 1, se recogen en la Tabla 11.

A2.3 DIAGRAMAS TENSIÓN-DEFORMACIÓN MEDIOS Los parámetros fundamentales, que definen los DTD promedios en las 16 poblaciones estudiadas se recogen en la Tabla 12.

FÁBRICA

DIÁMETRO

fyk

fsk

εmaxk

524,9

626,9

10,40

520,7

625,0

11,55

540,0

684,2

10,85

554,7

663,3

12,40

533,2

639,1

13,17

528,3

646,5

13,18

555,8

670,3

14,41

529,9

634,5

11,17

525,8

631,2

11,24

525,1

637,5

10,97

531,2

634,2

10,84

540,5

637,2

11,30

516,1

649,6

14,76

526,2

640,0

12,57

533,6

654,2

11,86

515,2

645,7

10,19

Diagramas tensión-deformación medios

M O N O G R A F Í A

Tabla 11: Parámetros de los DTDP en las 16 poblaciones.

FÁBRICA

DIÁMETRO

σH

σmax

εHi

εHf

εσm

εfincc

525,2

625,2

0,29

2,31

9,75

10,20

519,9

622,7

0,30

2,48

10,60

11,35

540,7

682,9

0,38

0,83

10,30

10,85

557,3

662,8

0,32

2,13

10,95

12,15

533,1

638,7

0,31

2,29

12,45

12,80

529,6

646,4

0,31

2,00

12,25

12,80

556,1

670,2

0,33

2,26

13,45

14,25

532,0

632,7

0,33

2,14

9,70

11,10

526,1

622,6

0,30

2,65

10,05

10,65

525,3

629,0

0,29

2,70

10,20

11,00

532,2

629,0

0,28

2,50

10,50

11,05

541,9

635,3

0,28

2,65

10,30

11,25

517,8

648,6

0,28

1,50

13,90

14,80

528,2

639,6

0,28

1,53

12,35

12,65

534,9

651,6

0,29

2,70

11,05

11,50

516,9

643,7

0,27

1,37

10,50

10,80

Tabla 12: Parámetros de los DTD medios en las 16 poblaciones. FÁBRICA

DIÁMETRO

σH

σmax

εHi

εHf

εσm

εfincc

546,4

654,1

0,28

2,21

9,75

10,20

539,3

647,3

0,28

2,20

11,35

564,4

704,6

0,33

0,91

10,85

570,2

675,4

0,30

1,61

11,40

12,15

546,4

649,7

0,28

2,25

12,35

12,80

541,6

656,4

0,29

1,06

11,75

12,80

572,7

685,3

0,30

2,22

13,00

14,25

570,5

675,2

0,29

1,94

10,50

11,10

544,3

655,3

0,27

2,46

10,65

544,8

654,0

0,26

2,34

11,00

556,9

666,7

0,28

2,05

10,95

11,05

569,5

676,9

0,29

1,84

11,25

557,3

674,8

0,28

2,17

14,45

14,80

544,1

651,6

0,27

1,51

12,45

12,65

546,9

662,4

0,28

2,65

11,50

546,0

672,9

0,27

1,39

10,50

10,80

Resultados obtenidos en el estudio del diagrama tensión-deformación del material en forma de rollo

M O N O G R A F Í A

Anejo 3 Estudio inicial de la marca ARCER para la determinación del diagrama tensión-deformación de los aceros SD A3.1 INTRODUCCIÓN

En este Anejo se resumen los trabajos de caracterización efectuados por la marca ARCER para establecer los diagramas tensión-deformación que podía garantizar para los aceros amparados por la misma, y que de forma detallada se encuentran en la referencia [3].

A3.2 OBJETIVO DEL ESTUDIO El estudio, iniciado en el año 2001, tenía como objetivo determinar las propiedades mecánicas de tracción y el diagrama tensión-deformación de los aceros soldables con características especiales de ductilidad integrados en la marca ARCER, partiendo de una base estadística formada por todas las fábricas que producían en esos momentos esos tipos de acero (que además sólo eran en forma de barras rectas), y una selección representativa de los diámetros de cada una de las series contempladas por la Instrucción EHE: serie fina, media y gruesa.

A3.3 ESTUDIO EXPERIMENTAL El estudio experimental de las características de tracción de los aceros SD integrados en la marca ARCER se efectuó sobre barra recta perteneciente a 7 fábricas, para los tipos de acero B 400 SD y B 500 SD, y para los diámetros representativos de 8 mm, 16 mm y 25 mm. En total, las poblaciones estudiadas fueron 38 debido a que no todas las fábricas producían todas las series en los dos tipos de acero estudiados, o bien no alcanzaron una producción mínima requerida para formar parte del estudio.

Estudio experimental

M O N O G R A F Í A

Cada población estuvo formada por 500 resultados de ensayo, correspondientes a 10 ensayos de 50 coladas diferentes, si bien para algunas poblaciones el número de coladas fue inferior al exigido y correspondiente al 100 por 100 de la producción anual8. En total, el número de ensayos efectuados fue de 18.200, cada uno de los cuales estaba constituido por 3.000 puntos, lo que hizo necesario el tratamiento de casi 110 millones de datos. Para facilitar la realización del estudio, y al objeto de que la experimentación se efectuara en condiciones de máxima homogeneidad, todas las fábricas se dotaron de máquinas de ensayo similares y se elaboró un detallado protocolo común, al objeto de uniformizar los ensayos —en términos de longitud de probeta, longitud libre entre mordazas, extensometría, velocidad de deformación, etc.— y de conseguir garantizar la fidelidad y trazabilidad de todos los datos.

Se estableció también un procedimiento de validación de los ensayos mediante un procedimiento de contraste con dos laboratorios externos que en aquel estudio fueron el Laboratorio Central de Estructuras y Materiales del CEDEX, del Ministerio de Fomento, y el Instituto Técnico de Materiales y Construcciones (INTEMAC).

A3.4 ANÁLISIS ESTADÍSTICO DE LOS RESULTADOS El análisis estadístico efectuado es prácticamente similar al descrito en el Anejo 1 de esta monografía. Los lectores interesados en los detalles del mismo pueden hacerlo consultando la referencia [3].

A3.5 RESULTADOS OBTENIDOS Se determinaron los diagramas tensión-deformación medios y característicos para cada diámetro objeto de estudio partiendo de los correspondientes a todas

las fábricas y con los criterios ya definidos en esta monografía. El diagrama correspondiente a las especificaciones establecidas por la norma UNE 36065:2000 EX se elaboró adoptando un valor del parámetro εsh de 2,40 % y 2,90 % para los tipos de acero B 400 SD y B 500 SD, respectivamente. En todos los casos, el valor del módulo de elasticidad se tomó igual a 200.000 N/mm2. Para cada uno de los diagramas resultantes se calcularon las áreas elástica, plástica y total encerradas por los mismos, cuyos valores se recogen en las Tablas 13 y 14, así como los índices de tenacidad correspondientes.

A3.6 ANÁLISIS DE LOS RESULTADOS La investigación se complementó con un análisis de la influencia del diámetro y del tipo de acero sobre algunos de los parámetros de los diagramas tensión-deformación, así como de la posible incidencia correspondiente a las diferencias existentes entre fábricas. El estudio se llevó a cabo sobre los valores medios del límite elástico, la carga de rotura, la relación existente entre ambos y el alargamiento bajo carga máxima. Asimismo, en el caso del límite elástico y del alargamiento, se analizó la variabilidad existente entre las barras de una misma colada. El estudio concluyó que para un mismo tipo de acero la importancia del diámetro en los valores medios de los parámetros estudiados era muy pequeña, por lo que a efectos prácticos podían considerarse independientes de este factor. Por esta razón, se adoptó la decisión de definir un único diagrama tensión-deformación característico para cada uno de los tipos de acero estudiados, B 400 SD y B 500 SD, con independencia del diámetro.

8) Téngase en cuenta que en el momento de efectuarse el estudio los aceros SD eran de nueva implantación y tenían todavía una escasa penetración en el mercado.

Estudio inicial de la marca ARCER para la determinación del diagrama tensión-deformación de los aceros SD

M O N O G R A F Í A

Tabla 13: Áreas bajo los diagramas tensión-deformación e índice de tenacidad. Acero tipo B 400 SD. PARÁMETRO

DIAGRAMA CARACTERÍSTICO

DIAGRAMA MEDIO

0,43

0,51

0,42

0,51

0,43

0,50

62,20

73,26

65,92

77,52

63,71

80,14

62,63

73,77

66,34

78,03

64,13

80,64

145,65

144,65

157,95

153,00

149,14

161,28

DIÁMETRO

UNE 36065:2000EX

8 Área Elástica (N/mm2)

Área Plástica (N/mm ) 2

0,40

38,68

Área Total (N/mm2)

39,08

Índice de tenacidad

97,70

Tabla 14: Áreas bajo los diagramas tensión-deformación e índice de tenacidad. Acero tipo B 500 SD. PARÁMETRO

DIAGRAMA CARACTERÍSTICO

DIAGRAMA MEDIO

0,67

0,76

0,66

0,77

0,65

0,76

55,69

66,91

56,43

68,34

52,71

71,59

56,35

67,67

57,09

69,11

53,35

72,35

84,10

89,04

86,50

89,75

82,08

95,20

DIÁMETRO

UNE 36065:2000EX

8 Área Elástica (N/mm2)

Área Plástica (N/mm ) 2

Área Total (N/mm ) 2

Índice de tenacidad

16 25

A3.7 DIAGRAMAS TENSIÓN-DEFORMACIÓN CARACTERÍSTICOS GARANTIZADOS POR ARCER Los diagramas tensión-deformación característicos que garantiza la marca ARCER para cada uno de los tipos de acero integrados en la misma se definieron a partir de los diagramas característicos de las diferen-

0,63

41,15

41,77

66,30

tes fábricas y diámetros, eligiendo el valor más desfavorable de cada uno de los parámetros, de forma que constituye una envolvente de todas ellas y garantiza, de esa forma, todos los resultados individuales. Adicionalmente, y a efectos prácticos para el cálculo sísmico, se proporcionaron los diagramas tensión-deformación medios para cada uno de los tipos de acero.

Diagramas tensión-deformación característicos garantizados por ARCER

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A3.7.1 Acero tipo B 400 SD En la Figura 13 se representan, para el tipo de acero B 400 SD, los diagramas tensión-deformación medio y característico garantizado por ARCER, así como el diagrama correspondiente a las exigencias de la norma UNE 36065:2000EX. Las ecuaciones que definen el diagrama tensióndeformación característico garantizado y medio,

expresando las tensiones, σs, en N/mm2 y las deformaciones, εs , en tanto por uno, se recogen en la Tabla 15. A partir de las ecuaciones de los diagramas medio y característico se han calculado las áreas elástica, plástica y total comprendidas bajo ellos, así como el índice de tenacidad correspondiente (véase Tabla 16).

600

Tensión (N/mm2 )

500

400

300

200 Diagrama garantizado Diagrama medio

100

Diagrama Norma UNE 36065

8 10 Deformación (%)

Figura 13: Diagramas medio y característico para el tipo de acero B 400 SD.

Tabla 15: Ecuaciones del diagrama tensión-deformación característico y medio. Acero tipo B 400 SD. DIAGRAMA TENSIÓN-DEFORMACIÓN CARACTERÍSTICO (εs < 0,00205)

σs = 200.000 εs

(0,00205 < εs < 0,02425)

σs = 409,29

(0,02425 < εs < 0,12400)

σs= 409,29 + 114,977 [1 – exp(– 21,98 (εs – 0,02425))]

(0,12400 < εs < 0,13150)

σs= 511,43 – 115.791 (εs – 0,124)2

DIAGRAMA TENSIÓN-DEFORMACIÓN MEDIO (εs < 0,00225)

σs = 200.000 εs

(0,00225 < εs < 0,01697)

σs = 450,82

(0,01697 < εs < 0,14726)

σs= 450,82 + 137,342 [1 – exp(– 18,19 (εs – 0,01697))]

(0,14726 < εs < 0,14770)

σs= 575,33 – 115.791 (εs – 0,14726)2

Estudio inicial de la marca ARCER para la determinación del diagrama tensión-deformación de los aceros SD

M O N O G R A F Í A

Tabla 16: Áreas bajo los diagramas tensión-deformación e índice de tenacidad. Acero tipo B 400 SD. ÁREA (N/mm2) Elástica

Plástica

Total

ÍNDICE DE TENACIDAD

Norma UNE 36065:2000EX

0,40

38,68

39,08

97,70

Característico garantizado

0,42

60,58

61,00

145,24

Medio

0,51

76,70

77,21

151,39

DIAGRAMA TENSIÓN-DEFORMACIÓN

A3.7.2 Acero tipo B 500 SD En la Figura 14 se representan, para el tipo de acero B 500 SD, los diagramas tensión-deformación medio y característico garantizado por ARCER, así como el diagrama correspondiente a las exigencias de la norma UNE 36065:2000EX.

Las ecuaciones que definen el diagrama tensión-deformación característico garantizado y medio, expresando las tensiones, σs, en N/mm2 y las deformaciones, εs, en tanto por uno, se recogen en la Tabla 17. A partir de las ecuaciones de los diagramas medio y característico se han calculado las áreas elástica, plástica y total comprendidas bajo ellos, así como el índice de tenacidad correspondiente (véase Tabla 18).

700

600

Tensión (N/mm2 )

500 400 300 200

Diagrama garantizado Diagrama medio

100

Diagrama Norma UNE 36065

6 Deformación (%)

Figura 14: Diagramas medio y característico para el tipo de acero B 500 SD. Tabla 17a: Ecuaciones del diagrama tensión-deformación característico. Acero tipo B 500 SD. DIAGRAMA TENSIÓN-DEFORMACIÓN CARACTERÍSTICO (εs < 0,00254)

σs = 200.000 εs

(0,00254 < εs < 0,02891)

σs = 507,92

(0,02891 < εs < 0,09000)

σs= 507,92 + 117,294 [1 – exp(– 32,67·(εs – 0,02891))]

(0,09000 < εs < 0,09450)

σs= 609,27 – 286.263 (εs – 0,09)2

Acero B 500 SD

M O N O G R A F Í A

Tabla 17b: Ecuaciones del diagrama tensión-deformación medio. Acero tipo B 500 SD. DIAGRAMA TENSIÓN-DEFORMACIÓN MEDIO (εs < 0,00276)

σs = 200.000 εs

(0,00276 < εs < 0,01383)

σs = 552,88

(0,01383 < εs < 0,11306)

σs= 552,88 + 130,107 (1 – exp(– 21,16 (εs – 0,01383))]

(0,11306 < εs < 0,11384)

σs= 667,04 – 286.263 (εs – 0,11306)2

Tabla 18: Áreas bajo los diagramas tensión-deformación e índice de tenacidad. Acero tipo B 500 SD ÁREA (N/mm2) Elástica

Plástica

Total

ÍNDICE DE TENACIDAD

Norma UNE 36065:2000EX

0,63

41,15

41,78

66,32

Característico garantizado

0,65

51,25

51,90

79,85

Medio

0,76

76,45

77,22

101,61

DIAGRAMA TENSIÓN-DEFORMACIÓN

Estudio inicial de la marca ARCER para la determinación del diagrama tensión-deformación de los aceros SD

M O N O G R A F Í A

Anejo 4 Seguimientos anuales efectuados por la marca ARCER sobre el diagrama tensión-deformación garantizado para los aceros SD A4.1 ANTECEDENTES

para los laboratorios de las fábricas un volumen de trabajo de ensayos abordable dentro de su operativa cotidiana.

Con el fin de comprobar el cumplimiento del diagrama tensión-deformación garantizado por la marca ARCER, desde el año 2004 se lleva a cabo un seguimiento anual en el que participan todas las fábricas en posesión del derecho de uso de la marca. Este seguimiento está diseñado de forma que, proporcionando un nivel de seguridad razonable, suponga

El seguimiento se efectúa sobre los tipos de acero B 400 SD y B 500 SD en forma de barra recta y, desde el año 2006, en forma de rollo. Los diámetros objeto de seguimiento durante los últimos años se indican en la Tabla 19.

Tabla 19: Seguimientos efectuados por la marca ARCER. AÑO

FORMA DE SUMINISTRO

2004 2005 2006 2007 2008 2009

DIÁMETRO OBJETO DE SEGUIMIENTO (mm) B 400 SD

B 500 SD

Barra recta

10, 20

Barra recta

12, 32 (25)

Barra recta

8 (10), 16

Rollo

Barra recta

10, 20

Rollo Barra recta

10, 20 12,16

12, 32 (25)

Rollo

12, 32 (25) 8, 12

Barra recta

Rollo

16 10, 16, 20

Nota: el valor entre paréntesis señala el diámetro de seguimiento alternativo para aquellas fábricas que no fabrican el diámetro elegido.

Antecedentes

M O N O G R A F Í A

A4.2 RESULTADOS DEL SEGUIMIENTO

cumplido con los valores garantizados por la marca ARCER.

En la Tabla 20 se recopila la información correspondiente a las poblaciones analizadas y los datos procesados en los seguimientos efectuados por la marca ARCER entre los años 2004 y 2009. Cada población objeto de seguimiento está formada por 15 coladas tomadas al azar, de cada uno de las cuales se toman, también al azar, 3 probetas que se someten a ensayos de tracción según un protocolo previamente aprobado por la marca ARCER. Antes de proceder al ensayo de cada población se efectúan ensayos de contraste con un laboratorio externo para comprobar que las condiciones de ensayo están controladas y que los resultados de los ensayos en fábrica y en laboratorio externo no presentan diferencias importantes 9.

48 A4.2.1 Barra recta En todos los seguimientos efectuados se ha podido comprobar que todas las poblaciones han

Para comparar la evolución producida durante estos años se ha procedido a evaluar la variación experimentada en el área encerrada por los diagramas tensióndeformación. Para ello se han empleado los diagramas característicos y medios promedio correspondientes al estudio inicial efectuado por la marca ARCER y cada año se han calculado los diagramas característicos y medios promedio obtenidos para cada tipo de acero. Dichos diagramas característicos y medios promedios se han construido promediando, desde una abscisa cero hasta el valor medio de los εfincc, las ordenadas correspondientes de todos los diagramas característicos y medios determinados. Los resultados obtenidos, en términos de energía, N/mm2, se resumen en las Tablas 21 y 22. Como se observa la comparación con los valores promedios correspondientes al estudio inicial pone de manifiesto que se han superado todos los años los resultados obtenidos entonces para el tipo de

Tabla 20: Poblaciones analizadas en los seguimientos ARCER. Nº DE ENSAYOS

AÑO

Nº DE FÁBRICAS(1)

Nª DE POBLACIONES

Tracción(2)

Contraste

Nº DATOS ANALIZADOS

2004

1.530

170

9.170.000

2005

1.620

216

9.720.000

2006

2.020

228

12.120.000

2007

2.265

240

13.590.000

2008

4.550

276

27.300.000

2009

2.570

120

15.420.000

214

14.555

1.250

87.320.000

TOTAL

(1) En el número de fábricas se han contabilizado como si fueran nuevas aquellas en las que se ha efectuado seguimiento de material en forma de rollo. (2) En el análisis del seguimiento anual se han introducido los resultados de caracterización inicial de algunas poblaciones de material en forma de rollo, consistentes en 200 ensayos efectuados sobre 10 probetas tomadas al azar de 20 coladas también seleccionadas al azar.

9) Los criterios para establecer estas diferencias se basan en los resultados obtenidos en los ensayos interlaboratorios efectuados anualmente por la marca ARCER.

Seguimientos anuales efectuados por la marca ARCER sobre el diagrama tensión-deformación garantizado para los aceros SD

M O N O G R A F Í A

Tabla 21: Energías bajo los diagramas tensión-deformación. Acero tipo B 400 SD. DIAGRAMA TENSIÓN-DEFORMACIÓN

ENERGÍA BAJO EL DIAGRAMA PROMEDIO (N/mm2)

VARIACIÓN (%)

Característico

Medio

Característico

Medio

Norma UNE 36065:2000EX

39,08

– 47,37

– 49,94

Estudio inicial promedio(1)

74,26

78,06

Seguimiento 2004

76,12

79,92

2,50

2,38

Seguimiento 2005

78,85

81,99

6,18

5,03

Seguimiento 2006

77,37

80,23

4,19

2,78

Seguimiento 2007

78,05

80,87

5,10

3,60

Seguimiento 2008

81,15

83,77

9,28

7,31

Seguimiento 2009

76,71

79,40

3,30

1,72

(1) Los valores recogidos no coinciden con los indicados en el Anejo 3, debido a que en el momento en el que se efectuó el estudio inicial había una serie de poblaciones que no se pudieron analizar por no fabricarse en aquellos momentos y que posteriormente se han ido incorporando, obteniéndose el valor que aquí se indica.

Tabla 22: Energías bajo los diagramas tensión-deformación. Acero tipo B 500 SD. DIAGRAMA TENSIÓN-DEFORMACIÓN

ENERGÍA BAJO EL DIAGRAMA PROMEDIO (N/mm2)

VARIACIÓN (%)

Característico

Medio

Característico

Medio

41,78

– 36,87

– 40,42

66,18

70,12

Seguimiento 2004

66,01

69,79

– 0,25

– 0,47

Seguimiento 2005

69,32

72,28

4,74

3,08

Seguimiento 2006

70,13

72,90

5,97

2,78

Seguimiento 2007

72,11

75,27

8,96

3,97

Seguimiento 2008

71,22

73,79

7,62

5,23

Seguimiento 2009

64,30

66,73

– 2,84

– 4,83

Norma UNE 36065:2000EX Estudio inicial promedio

(1)

acero B 400 SD, mientras que para el tipo de acero B 500 SD se produjo un ligero descenso en el seguimiento del año 2005 y algo más acusado en el año 2009.

A4.2.2 Rollo Como ya se ha comentado, los seguimientos sobre material en forma de rollo comenzaron en el año 2006. El diagrama tensión-deformación característico de este material se ha evaluado, hasta el año 2009, como si se tratara de un material en forma de barra recta,

dándole por primera vez un tratamiento independiente en el seguimiento efectuado en el año 2009. Los resultados obtenidos en los seguimientos de los años 2006 a 2008 se recogen en la Tabla 23. Se constata que al producirse el enderezado del material en forma de rollo se pierde algo de energía como consecuencia de la plastificación de algunas fibras, aunque se sigan cumpliendo los valores garantizados por ARCER para el material en forma de barra recta. En el año 2008 se observa también un cambio de tendencia, que probablemente tenga algo que ver

Resultados del seguimiento

M O N O G R A F Í A

Tabla 23: Energías bajo los diagramas tensión-deformación. Acero tipo B 500 SD en forma de rollo.

DIAGRAMA

ENERGÍA BAJO EL DIAGRAMA PROMEDIO (N/mm2)

VARIACIÓN (%)

Característico

Medio

Característico

Medio

Norma UNE 36065:2000 EX

41,78

– 36,87

– 40,42

Estudio inicial promedio

66,18

70,12

Seguimiento 2006

66,00

68,40

– 0,53

– 2,45

Seguimiento 2007

66,20

68,70

– 0,06

– 2,02

Seguimiento 2008

67,40

69,40

3,58

– 1,03

Tabla 24: Energías bajo los diagramas tensión-deformación. Seguimiento 2009. Acero tipo B 500 SD en

forma de rollo.

DIAGRAMA

ENERGÍA BAJO EL DIAGRAMA PROMEDIO (N/mm2)

VARIACIÓN (%)

Característico

Medio

Característico

Medio

Instrucción EHE-08

52,10

– 26,31

– 29,00

Estudio inicial rollo

70,70

73,40

Seguimiento 2009

74,30

76,70

5,09

4,50

con un cambio en el sistema de fabricación del rollo, al haberse adoptado el sistema de fabricación mediante encarretadora en caliente (spooler).

tensión-deformación característico publicado en esta monografía. Los resultados obtenidos se recogen en la tabla 24 donde se aprecia el margen de seguridad que ofrecen este tipo de productos

El seguimiento del año 2009 efectuado sobre el material en forma de rollo ha utilizado ya el diagrama

Seguimientos anuales efectuados por la marca ARCER sobre el diagrama tensión-deformación garantizado para los aceros SD

M O N O G R A F Í A

Anejo 5 Determinación del alargamiento bajo carga máxima

A5.1 ANTECEDENTES Uno de los parámetros fundamentales a la hora de determinar la tenacidad de los aceros con características especiales de ductilidad es el valor del alargamiento bajo carga máxima, εmax, cuya determinación no está exenta de dificultad. Con el tiempo los criterios de determinación han ido experimentando cambios, que en principio pudieran parecer menores, pero que en la práctica pueden tener una gran relevancia a la hora de establecer las exigencias de los aceros y de comprobar el cumplimiento de éstas.

A5.2 EXIGENCIAS REGLAMENTARIAS La Instrucción de Hormigón Estructural establece las exigencias reglamentarias para los aceros que pueden utilizarse para la elaboración de armaduras pasivas. Las normas, que tienen carácter voluntario, pasan a ser de obligado cumplimento cuando son directamente referenciadas por esta Instrucción. La Instrucción EHE, aprobada por R.D. 2661/1998, de 11 de diciembre, establecía que las barras corru-

gadas debían cumplir los requisitos establecidos en la norma UNE 36068:94, para los aceros soldables tipo S, y la norma UNE 36065:99 EX (posteriormente sustituida por la UNE 36065:2000 EX) para los que presentasen características especiales de ductilidad, los tipos SD. En el año 2008 se aprobó, por R.D. 1247/2008, de 18 de julio, la Instrucción EHE-08 que derogaba a la anterior. En este caso, los productos de acero que se utilicen para la elaboración de armaduras pasivas, tanto en forma de barras rectas como de rollos, han de cumplir las especificaciones contenidas en la norma UNE-EN 10080:2006. Como vemos, se produce un cambio en las referencias normativas de los productos, que tienen su incidencia en el caso de la determinación del alargamiento bajo carga máxima.

A5.2.1 Norma UNE 36065:2000 EX La norma UNE 36065:2000 EX “Barras corrugadas de acero soldable con características especiales de ductilidad para armaduras de hormigón armado” indica, en su apartado 10.2.4 que el alargamiento bajo

Norma UNE 36065:2000 EX

M O N O G R A F Í A

carga máxima se debe determinar según lo indicado en la norma UNE 36420:1998 “Determinación del alargamiento bajo carga máxima en productos de acero para armaduras de hormigón armado”. El alargamiento bajo carga máxima se define como el incremento de longitud que se produce entre dos puntos de la probeta obtenido bajo carga máxima, y se expresa en tanto por ciento de la longitud inicial entre puntos. Su determinación, conforme con lo indicado en la norma UNE 36420:1998, puede efectuarse mediante dos procedimientos: a) Medida directa durante el ensayo de tracción por medio de un extensómetro.

Ahora bien, en caso de producirse un litigio, es el método del extensómetro el que se toma como referencia a menos que las partes decidan otra cosa.

A5.2.2 Norma UNE-EN 10080:2006 El apartado 9.1 de la norma UNE-EN 10080:2006 “Acero para el armado del hormigón. Acero soldable para armaduras de hormigón armado. Generalidades” indica que el ensayo de tracción para la determinación del alargamiento bajo carga máxima debe efectuarse de conformidad a lo indicado en la norma UNE-EN ISO 15630-1:2003“Aceros para el armado y el pretensado del hormigón. Métodos de ensayo. Parte 1: Barras, alambres y alambrón para hormigón armado”. La norma UNE-EN ISO 15630-1:2003, en su apartado 5.3, indica que la determinación del alargamiento bajo carga máxima debe efectuarse de conformidad con lo indicado en la norma ISO 6892:1998 “Mate-

Tensión (N/mm2 )

b) Medida directa sobre la probeta una vez concluido el ensayo y haberse alcanzado la rotura.

Cuando la medida se efectúa con extensómetro es difícil, en la práctica, determinar el valor exacto de εmax por lo que la norma admite que la medida pueda efectuarse en el intervalo comprendido entre el valor máximo y el valor correspondiente a un descenso del 0,5 % sobre dicho valor máximo.

εmax Deformación (%) Figura 15

Determinación del alargamiento bajo carga máxima

M O N O G R A F Í A

riales metálicos. Ensayo de tracción a la temperatura ambiente” (que como la norma española contempla dos procedimientos de determinación: manual y con extensómetro) pero con algunas diferencias. La primera de ellas es la relativa al método de referencia en caso de disputa, que pasa a ser el método manual en lugar del método del extensómetro. La segunda diferencia es la relativa a dónde debe medirse el valor de εmax. La norma ISO 6892:1998 indica que en el caso de materiales que presenten una meseta muy prolongada en la zona de deformación plástica, como es el caso de los aceros SD con características especiales de ductilidad, el valor del alargamiento bajo carga máxima debe tomarse en la zona intermedia de la meseta, tal y como se muestra en la Figura 15. Sin embargo, si se emplea un extensómetro para medir las deformaciones y un ordenador para la toma de datos (como es lo más habitual en los laboratorios de ensayo modernos), este valor ha de tomarse en el primer máximo10. La norma UNE-EN ISO 15630-1:2003 adopta el criterio de que el valor de εmax debe tomarse antes de que se produzca un descenso del 0,5 % de la carga de rotura, de forma similar a lo indicado en la Norma UNE 36420:1998.

productos diferentes a las barras rectas y a los rollos, en virtud de su forma de suministro. 2. Esta diferencia se plasmaba en unas exigencias mayores al valor del alargamiento bajo carga máxima de los productos suministrados en forma de rollo, que en el caso de los aceros tipo SD son superiores a los valores garantizados hasta ese momento por la marca ARCER para las barras corrugadas. 3. Se cambiaba la normativa de referencia para la realización de los ensayos de tracción. 4. Se cambiaba el procedimiento de referencia para la determinación del alargamiento bajo carga máxima. Ante esta circunstancia se planteó la necesidad de llevar a cabo un estudio específico en el que se comparasen distintos procedimientos para la determinación de εmax a partir de los diagramas tensión-deformación obtenidos en los ensayos de tracción, con el procedimiento de determinación manual, para determinar la correlación existente entre ellos así como la precisión de sus determinaciones.

A5.3.1 Descripción A5.3 ESTUDIO ARCER

No obstante, con la aprobación de la Instrucción EHE-08 se produjeron una serie de circunstancias que recomendaban realizar un estudio específico:

El estudio experimental se efectuó en dos fases. En la primera de ellas participaron siete fábricas que ensayaron a tracción 25 probetas de 16 mm de diámetro de los tipos de acero B 400 SD y B 500 SD, de acuerdo con el protocolo existente en la marca ARCER, obteniendo para cada una de los ensayos el diagrama tensión-deformación definido por un total de 3.000 puntos. Además, todas ellas efectuaron la medida del alargamiento bajo carga máxima por el procedimiento manual, de conformidad a un protocolo común expresamente redactado para el estudio.

1. Se producía un cambio en el tratamiento de los aceros para armaduras pasivas, considerándose

En total se ensayaron un total de 350 probetas pertenecientes a 14 poblaciones estadísticas.

Desde el comienzo de sus estudios de investigación, la marca ARCER adoptó como criterio para la determinación de εmax el valor correspondiente al primer máximo, quedando así del lado de la seguridad en cualquier circunstancia.

10) Criterio empleado por la marca ARCER para la caracterización del material en forma de barra recta.

Estudio ARCER

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El objetivo de esta primera fase consistió en la comparación de distintos procedimientos de determinación de εmax así como la existencia de una posible correlación entre ellos. La segunda fase, tenía como objetivo constatar los resultados obtenidos en la primera fase y determinar la repetibilidad y reproducibilidad de los distintos procedimientos estudiados. Para ello, y para eliminar la variabilidad introducida por las diferencias en los materiales de partida, se preparó expresamente una muestra del tipo de acero B 500 SD de 16 mm de diámetro, de la que se extrajeron las probetas de ensayo que fueron repartidas entre los laboratorios participantes. En esta ocasión fueron dos laboratorios de fábrica y dos laboratorios externos acreditados por ENAC y se analizaron los resultados de 120 ensayos.

A5.3.2 Procedimientos de medición analizados

i. p = 0,1 % ii. p = 0,25 % iii. p = 0,5 % Método ARCER: se toma como valor de εmax la abscisa εs correspondiente al mayor valor observado de σs en el ensayo (que es el valor fs de la fuerza máxima o carga de rotura). Si existen varios puntos con el mismo valor de dicho σs máximo, se toma como εmax la menor de las abscisas correspondientes. Este procedimiento es el seguido en los estudios llevados a cabo para la caracterización y el seguimiento de los diagramas característicos tensión-deformación de los aceros pertenecientes a la marca ARCER. Método del polinomio: se seleccionan los puntos del ensayo en los que σs es superior a fs(1 – p) ajustándose con ellos un polinomio de tercer grado, tomándose como valor de εmax la abscisa correspondiente al máximo de dicha ecuación.

1. Determinación manual, conforme a un protocolo común.

Método ISO: siguiendo el criterio indicado en la norma UNE-EN ISO 15630-1:2003, se adopta para εmax la mayor deformación para la que el valor de σs se mantiene superior a fs(1 – p), estando p comprendida entre 0 y 0,5 %.

2. Medición sobre el diagrama tensión-deformación obtenido en el ensayo.

A5.3.3 Resultados obtenidos en la primera fase

Los procedimientos de medición de εmax analizados han sido los siguientes:

a. Valor proporcionado por la máquina de ensayo, conforme al algoritmo implantado en la misma (sólo en la fase 2 del estudio). b. Método ARCER. c. Método del polinomio para tres niveles de descenso, p, de la carga de rotura. i. p = 0,1 % ii. p = 0,5 % iii. p = 1 % d. En el punto en el que se produce un descenso, p, de la carga de rotura de:

En la primera fase se pudo analizar la repetibilidad observada en cada uno de los procedimientos de determinación de εmax constatándose la mayor imprecisión que presentaba el procedimiento manual frente a los demás, tal y como se indica en la Tabla 25. La correlación existente entre el método manual y los distintos procedimientos empleados sobre el diagrama tensión-deformación es muy baja, con valores comprendidos entre un mínimo de 0,24 y un máximo de 0,39, mientras que la correlación existente entre estos últimos es bastante elevada, con valores comprendidos entre un mínimo de 0,76 y un máximo de 0,99.

Determinación del alargamiento bajo carga máxima

M O N O G R A F Í A

Tabla 25: Valor de la repetibilidad en la determinación del alargamiento bajo carga máxima, εmax.

PROCEDIMIENTO

DESVIACIÓN TÍPICA ENTRE COLADAS

REPETIBILIDAD (%)

Primera fase

Segunda fase

Primera fase

Segunda fase

Manual

1,15

0,97

3,20

2,70

ARCER

0,58

0,28

1,61

0,78

Polinomio (p = 0,1 %)

0,52

0,26

1,45

0,72

Polinomio (p = 0,5 %)

0,52

0,28

1,45

0,78

Polinômio (p = 1 %)

0,54

0,31

1,50

0,86

ISO (p = 0,1 %)

0,63

0,38

1,75

1,06

ISO (p = 0,25 %)

0,76

0,50

2,11

1,39

ISO (p = 0,5 %)

0,90

0,64

2,50

1,78

A5.3.4 Resultados obtenidos en la segunda fase En la segunda fase del estudio todo el material procedía de la misma colada y de barras consecutivas, por lo que la precisión de los distintos procedimientos de medida se cuantifica a través de la desviación típica entre barras y no entre coladas como en el caso anterior. Con carácter general, se volvió a comprobar que el procedimiento de determinación manual es mucho más impreciso que cualquiera de los otros procedimientos utilizados, que van siendo más imprecisos a medida que aumenta el valor de p (porcentaje de disminución de la tensión de rotura del material). Como puede observarse en la Tabla 25 la tendencia que se observa es similar a la registrada en la primera

fase del estudio con valores algo más bajos debido a que la variabilidad dentro de las barras es, lógicamente, inferior a la variabilidad entre coladas, además de distintos fabricantes. En cualquier caso, se constata que es relativamente probable que dos mediciones de εmax en probetas de la misma barra difieran en casi 3 puntos porcentuales (deformación unitaria), lo que hace discutible que este procedimiento puede emplearse para dirimir posibles causas de conflicto. Por otro lado, se confirmó también la escasa correlación existente entre el procedimiento de determinación manual y el resto de procedimientos utilizados, con valores comprendidos entre 0,36 y 0,50, mientras que entre estos últimos la correlación es mucho

Tabla 26: Valores medios de εmax en los laboratorios acreditados por ENAC. PROCEDIMIENTO

LAB1 (%)

LAB2 (%)

Manual

12,03

12,00

ARCER

10,86

11,34

Polinomio (p = 0,1 %)

10,86

11,32

Polinomio (p = 0,5 %)

10,85

11,31

Polinomio (p = 1 %)

10,80

11,25

ISO (p = 0,1 %)

11,70

12,28

ISO (p = 0,25 %)

12,14

12,72

ISO (p = 0,5 %)

12,51

13,13

Estudio ARCER

M O N O G R A F Í A

mejor, variando entre un mínimo de 0,80 y un máximo de 0,98. En la Tabla 25 se recogen los valores medios de εmax obtenidos en los dos laboratorios acreditados por ENAC participantes en el estudio con los diferentes procedimientos de medida utilizados. Aunque el procedimiento de determinación manual proporcione valores superiores a otros sistemas, como por ejemplo el método ARCER del primer máximo, su valor característico queda fuertemente reducido como consecuencia de su gran variabilidad.

A5.4 CONSIDERACIONES FINALES En las dos fases del estudio efectuado se confirman los mismos resultados y pueden extraerse las siguientes conclusiones:

1. El método de medición manual sobre probeta del alargamiento bajo carga máxima, εmax, presenta una peor repetibilidad que cualquiera de los procedimientos analizados que han tomado como partida los datos registrados de carga y deformación durante la realización del ensayo. 2. La variabilidad que presenta el procedimiento de medición manual hace que sea muy probable que la diferencia existente entre las medidas de εmax efectuadas por un mismo laboratorio entre dos probetas de una misma barra sea superior al 3 %, lo que no sólo inva-

lida este procedimiento para la comprobación de la validación del sistema de enderezado del material en forma de rollo (para el que se establece una limitación del 2,5 %), sino como método de referencia en caso de litigio. 3. La correlación del procedimiento de medición manual con cualquier otro sistema que parta del registro fuerza-desplazamiento del ensayo de tracción es muy pequeña. 4. Los resultados obtenidos por el procedimiento ARCER y el método del polinomio son muy similares, mientras que el método ISO proporciona resultados algo mayores. La diferencia se incrementa a medida que aumenta el valor del porcentaje de disminución del valor de la carga de rotura. 5. Dado que el procedimiento adoptado por la Instrucción EHE-08, al que se ha denominado ISO con un valor de p de hasta el 0,5 %, proporciona valores del alargamiento εmax superiores al resto de los procedimientos utilizados, puede ser admisible un aumento del valor de la especificación de este parámetro. Ahora bien, si en el futuro se produjera una modificación en el procedimiento de determinación utilizado, por ejemplo por una revisión de la norma ISO 15630-1:2003, sería necesario estudiar los cambios que pudiera implicar en la determinación del alargamiento bajo carga máxima y adaptar, en su caso, la especificación establecida de una forma coherente 11.

11) En el momento de redacción de esta monografía (diciembre de 2009) los autores tienen conocimiento de una revisión que se está efectuando sobre la norma ISO 15630-1, en la que se postula que el alargamiento bajo carga máxima debe medirse en el primer máximo, tal y como se efectúa en el método ARCER. Si esta nueva versión de la norma internacional se adoptara directamente por la Instrucción EHE-08, sería preciso reducir la especificación de εmax del material suministrado en forma de rollo para ser coherente con las prestaciones de este material.

Determinación del alargamiento bajo carga máxima

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Bibliografía

[1] ARCER (2000). Monografía nº 1. Aceros con características especiales de ductilidad para hormigón armado. Madrid, 2000. [2] UNE-EN ISO 15630-1:2003 (2003). Acero para el armado y el pretensado del hormigón. Métodos de ensayo. Parte 1. Barras, alambres y alambrón para hormigón armado. [3] ARCER (2004). Monografía nº 4. Diagramas característicos de tracción de los aceros con características especiales de ductilidad, con marca ARCER. Madrid, 2004. [4] UNE-EN 10080:2006 (2008). Acero para el armado del hormigón. Acero soldable para armaduras de hormigón armado. Generalidades. [5] ROMERO, R. et al. (2008). One-sided tolerante limits for unbalanced random effects Anova models. Journal of Statistical Computation and Simulation, Vol. 78, nº 12, pp 1.213-1.225, 2008. [6] MINISTERIO DE FOMENTO (2008). Instrucción de Hormigón Estructural (EHE-08).

Bibliografía

Orense 58, 10ºC • 28020 Madrid • Tel.:915 56 76 98 - Fax: 915 56 75 89 www.arcer.es • www.ipac.es