Contenido Teorico - Curso Est Metalica

7/25/2019 Contenido Teorico - Curso Est Metalica

1/92

CURSO:

ANLISIS Y DISEO ESTRUCTURAL UTILIZANDO EL PROGRAMA

ETABS 9.7.2

(NIVEL BSICO - INTERMEDIO)

Instructor:Instructor:Instructor:Instructor:

Ing. Jos A. Contreras R.

C.I.V. 205.196

Profesor a Tiempo Completo. UNEFM

1- INTRODUCCIN AL DISEO ESTRUCTURAL EN ACERO.

Hierro: elemento qumico natural y metlico de gran resistencia mecnica (Fe).3000 a. C.Se emplean ya utensilios tales como herramientas y adornos hechos de "acero"en el antiguo Egipto. Se encuentran dagas y brazaletes de hierro en la pirmide de Keopscon ms de 5000 aos de antigedad.

1000 a. C.Inicio de la edad del hierro, primeros indicios en su fabricacin se cree que unincendio forestal en el monte Ide de la antigua Troya (actual Turqua) fundi depsitosferrosos produciendo hierro. Otros creen que se comenz a emplear a partir defragmentos de meteoritos donde el hierro aparece en aleacin con Nquel.490 a. C.Batalla de Maratn Grecia. Los atenienses vencen con sus armas de hierro a lospersas, que an emplean el bronce, con un balance de 6400 contra 192 muertos.Acero: aleacin de hierro (99 %) y carbono (1 %) y de otros elementos de la ms altaresistencia mecnica.1000 a. C. Se cree que el primer acero se fabrico por accidente al calentar hierro concarbn vegetal siendo este ltimo absorbido por la capa exterior de hierro que al sermartillado produjo una capa endurecida de acero. De esta forma se llev a cabo lafabricacin de armas tales como las espadas de Toledo y1779 d. C.Se construye el puente Coalbrokedale de30 m de claro, sobre el ro sueon enShropshire. Se dice que este puente cambia la historia de la revolucin industrial, alintroducir el hierro como material estructural, siendo el hierro 4 veces ms resistente quela piedra y 30 veces ms que la madera.1819se fabrican los primeros ngulos laminados de hierro en E.U.A.1840el hiero dulce ms maleable, comienza a desplazar al hierro fundido en el laminadode perfiles.1848William Kelly fabrica acero con el proceso Bessenor en E.U.A.1855 Henry Bessenor consigue una patente inglesa para la fabricacin de acero engrandes cantidades Kelly y Bessenor observan que un chorro de aire a travs del hierrofundido quema las impurezas del metal, pero tambin eliminaba el carbono y magnesio.


2/92

1870con el proceso Bessenor se fabrican grandes cantidades de acero al bajo carbono.1884 se terminan las primeras vigas IE (I estndar) de acero en E.U.A. La primeraestructura reticular el edificio de la Home Insurance Company de Chicago, Ill. Es montada.William Le Baron Jerry disea el primer "rascacielos" (10 niveles) con columnas de acero

recubiertas de ladrillo. Las vigas de los seis pisos inferiores se fabrican en hierro forjado,mientras que las de los pisos restantes se fabrican en acero.1889se construye la torre Eiffel de Pars, con 300m de altura, en hierro forjado, comienzael uso de elevadores para pasajeros operando mecnicamente.

1.1- FABRICACIN DEL ACERO

La materia prima para la fabricacin del acero es el mineral de hierro, coque y caliza.

Mineral de hierro: tiene un color rojizo debido al xido de Hierro.Coque: es el producto de la combustin del carbn mineral (grafito) es ligero, gris ylustroso.Para convertir el coque en carbn mineral se emplean baterizo de hierro donde el carbnse coloca eliminndole el gas y alquitrn, despus es enfriado, secado y cribado paraenviarlo a los altos hornos (Coah.).Piedra caliza: es carbonato de calcio de gran pureza que se emplea en la fundicin deacero para eliminar sus impurezas (Nuevo Len).El primer producto de la fusin del hierro y el coque se conoce como arrabio, el cual seobtiene aproximadamente a los 1650 0C.Una vez en el alto horno, los tres componentes se funden a los 1650 0C, que aviva el

fuego y quema el coque, produciendo monxido de carbono el cual produce ms calor yextrae el oxgeno, del mineral de hierro dejndolo puro. La alta temperatura funde tambinla caliza, que siendo menos densa flota en el crisol combinndose con las impurezasslidas del mineral formando la escoria, misma que se extrae diez minutos antes de cadacolada.Para obtener una tonelada de arrabio, se requieren aproximadamente las siguientescantidades de materia prima:

1600 Kg de mineral de hierro. 700 Kg de coque. 200 Kg de piedra caliza. 4000 Kg de aire inyectado gradualmente.

Los hornos de hoyo abierto se cargan con las cantidades indicadas, mismo que seintroducen con algo de chatarra para reciclarlo mediante gras mecnicas.Adems se agregan 200 toneladas de arrabio lquido para completar la carga. Dentro delhorno, la carga formada por 1/3 parte de chatarra y 2/3 partes de arrabio. Se refina porcalor producido al quemar gas natural o aceite diesel y alcanzar temperaturas mayores alos 1650 0C.Durante 10 horas se mantiene la mezcla en ebullicin eliminando las impurezas yproduciendo as acero. Algunos otros elementos como silicio, manganeso, carbono, etc.,son controlados en la proporcin requerida para el acero a producir.


3/92

La caliza fundida aglutina las impurezas de la carga retirndola de acero lquido yformando la escoria que flota en la superficie. Mientras tanto se realizan pruebas paraverificar la calidad del acero.Cuando la colada alcanza las especificaciones y condiciones requeridas se agregan

"ferroligas" (substancias para hacer aleaciones con el hierro y dar propiedadesespeciales).

Despus de alcanzar las condiciones de salida, la colada se "pica" con un explosivodetonado elctricamente, permitiendo la salida del acero fundido para recubrirse en ollasde 275 toneladas c/u de donde se vaca a los lingotes de 9 a 20 toneladas.

Laminacin.

La laminacin del lingote inicia con un molino desbastador, el lingote de acero calentado a1330 0C se hace pasar entre dos enormes rodillos arrancados por motores de 3500 H.P.convirtindolo en lupias de seccin cuadrada o en planchones de seccin rectangular.Ambos son la materia prima para obtener placa laminada, perfiles laminados, rieles, varillacorrugada, alambrn, etc.

Laminado en caliente:

Es el proceso ms comn de laminado y consiste en calentar la lupia (o planchn) a unatemperatura que permita el comportamiento plstico del material para as extruirlo en los

"castillos" de laminado y obtener las secciones laminadas deseadas.

Laminado en fro:

Es un proceso que permite obtener secciones con un punto de fluencia ms elevado, alextruir el material a temperatura completamente ms baja que la del laminado en caliente.

1.2- VENTAJAS DEL ACERO COMO MATERIAL ESTRUCTURAL

Alta resistencia: la alta resistencia del acero por unidad de peso, permite estructurasrelativamente livianas, lo cual es de gran importancia en la construccin de puentes,edificios altos y estructuras cimentadas en suelos blandos.

Homogeneidad: las propiedades del acero no se alteran con el tiempo, ni varan con lalocalizacin en los elementos estructurales.

Elasticidad: el acero es el material que ms se acerca a un comportamiento linealmente

elstico (Ley de Hooke) hasta alcanzar esfuerzos considerables.


4/92


5/92

Fatiga: la resistencia del acero (as como del resto de los materiales), puede disminuircuando se somete a un gran nmero de inversiones de carga o a cambios frecuentes demagnitud de esfuerzos a tensin (cargas pulsantes y alternativas).

Resistencia de plastificacin solamente para columnas cortas.

1.4- RELACION ESFUERZO-DEFORMACION DEL ACERO

Sea una barra de acero al bajo carbono (A-36) sujeta a tensin con seccin circular.


6/92

Todos los elementos de distintos materiales a nivel molecular fallan a cortante.S graficamos para cada valor de esfuerzo alcanzando

Su deformacin unitaria real

Obtenemos


7/92

1.5- ACEROS ESTRUCTURALES(De acuerdo a la American Society of Testing Materials ASMT)

o Aceros generales (A-36)o Aceros estructurales de carbono (A-529)o -b.1 Bajo contenido de carbono (


8/92

A-514 Templadosy revenidos

Placas

e< 4"

Construcciones soldadaespecialmente. No se usasi se requiere granductilidad

90-100 100-150

A-53

NOM B-177

Tubo de acero con o sin costura negros y galvanizados por inmersin encaliente.

A-500

NOM B-199

Tubo de acero para usos estructurales formados en fro con o sin costura deseccin circular y otras formas.

A-501

NOM B-200

Tubo de acero al carbono con o sin costura formado en caliente para usoestructural.

A-606

NOM B-277

Lmina de acero de baja aleacin y alta resistencia. Laminada en caliente o enfro, resistente a la corrosin.

A-570

NOM B-347

Lmina de acero al carbono laminada en caliente para uso estructural.

A-27

NOM B-353

Piezas coladas de acero de alta resistencia.

A-668 Forjados de acero al carbono y de aleacin para uso industrial general.

A ms resistencia de acero menor soldabilidad y ms frgil, debido a su alto contenido decarbono.


9/92

SEGN NORMA COVENIN 1618-98, LAS PROPIEDADES DEL ACERO ESTRUCTURALSON LAS SIGUIENTES: tabla 5.1

Modulo de Elasticidad.....................................E = 2,1 x 106kgf/cm2

Modulo de Corte.............................................G = E/2,6 = 808.000 kgf/cm2

Coeficiente de Poisson................................... v = 0,3

Peso Unitario..................................................p = 7850 kgf/cm2

Coeficiente de Dilatacin Trmica...................= 11,7 x 10 6/C

1.6- PROYECTO ESTRUCTURAL

Objetivo del proyectista estructural

El proyectista debe aprender a distribuir y a proporcionar las partes de las estructuras demanera que tengan suficiente resistencia, su montaje sea prctico y sean econmicas.

Seguridad Las estructuras no solo deben soportar las cargas impuestas (edo.lmite de falla),sino que adems las deflexiones y vibracionesresultantes, no sean excesivas alarmando a los ocupantes, oprovoquen agrietamientos (edo. lmite de servicio)

Costo El proyectista debe siempre procurar abatir los costos de construccinsin reducir la resistencia, algunas ideas que permiten hacerlo sonusando secciones estndar haciendo detallado simple de conexionesy previendo un mantenimiento sencillo.

Factibilidad Las estructuras diseadas deben fabricarse y montarse sinproblemas, por lo que el proyectista debe adecuarse al equipo einstalaciones disponibles debiendo aprender como se realiza lafabricacin y el montaje de las estructuras para poder detallarlasadecuadamente, debiendo aprender tolerancias de montaje,dimensiones mximas de transporte, especificaciones sobreinstalaciones; de tal manera que el proyectista se sienta capaz defabricar y montar la estructura que esta diseando.


10/92

ESPECIFICACIONES Y CDIGOS DE CONSTRUCCIN

Las especificaciones de diseo de estructuras no se han desarrollado para restringir alingeniero sino para proteger al usuario de estas. No todo se encuentra en los reglamentosas que sin impactar los cdigos o especificaciones empleados, la responsabilidad final dela estructura (seguridad) recae en el ingeniero estructural.

En este curso se utilizaran las siguientes NORMAS:

- COVENIN 1618-98, ESTRUCTURAS DE ACERO PARA EDIFICACIONES.METODO DE LOS ESTADOS LIMITES. (1ra. REVISIN)

- COVENIN MINDUR 1618-82, ESTRUCTURAS DE ACERO PARAEDIFICACIONES. PROYECTO, FABRICACIN Y CONSTRUCCIN.

- COVENIN MINDUR 1755-82, CODIGO DE PRACTICAS NORMALIZADAS PARALA FABRICACIN Y CONSTRUCCIN DE ESTRUCTURAS DE ACERO.

- COVENIN FUNVISIS 1756-2001, EDIFICACIONES SISMORRESISTENTES.- COVENIN MINDUR 2002-82, CRITERIOS Y ACCIONES MINIMAS PARA EL

PROYECTO DE EDIFICACIONES.- AISC- LRFD 1993.- AISC-ASD 1989.

- PARA PUENTES DE FFCC LAS NORMAS DE LA AMERICAN RALWAYENGINEERING ASSOCIATION (AREA).

- PARA PUENTES CARRETEROS LAS NORMAS DE LA AMERICAN ASSOCIATIONOF STATE HIGHWAY AND TRANSPORTATION OFFICIALS (AASHTO).

- PARA EDIFICIOS EL UNIFOR BUILDING CODE (UBC):

DOCUMENTACIN DEL PROYECTO SEGN CAPITULO 6 DE LA NORMA COVENIN1618-98 DE VENEZUELA.

ALCANCE

En concordancia con las Normas COVENIN MINDUR 2002 Criterios y AccionesMnimas para el Proyecto de Edificaciones y 1756 Edificaciones Sismorresistentes, elpropietario de la obra deber conservar toda la documentacin referente al proyecto, laconstruccin, la inspeccin y el mantenimiento de la edificacin, para facilitar, cuando seanecesario, la mas completa evaluacin de la misma. Adicionalmente a los documentos quese citan en este capitulo, la documentacin constara de los estudios especiales yordinarios, los informes de ensayos de materiales y los estudios de suelo y fundaciones,entre otros.


11/92

MEMORIA DESCRIPTIVA

La memoria descriptiva del proyecto estructural indicara por lo menos lo siguiente:

(a) Clasificacin de la estructura y sus miembros de acuerdo con el Art. 1.7 y losCaptulos 3 y 4 de la presente Norma.

(b) Caractersticas del terreno de fundacin, del sistema de fundaciones y la formaen que se vincula la estructura.

(c) Caractersticas de los materiales que se emplearan.(d) Condiciones de vinculacin de los miembros.(e) Ubicacin de los mismos y funcin que cumplirn. Especialmente se indicaran y

mostraran los detalles de los miembros, juntas y conexiones que son esencialespara la integridad de toda la estructura la estructura. Tambin los detalles de lospisos y techos considerados como diafragmas.

(f) Magnitud, ubicacin, tipo y combinaciones de cargas consideradas.

(g) Anlisis y diseo estructural. El procesamiento electrnico de los datos se regirapor las disposiciones de la Seccin 3.14.3 de la Norma COVENIN MINDUR2002.Criterios y acciones Mnimas para el Proyecto de Edificaciones.

Cuando se empleen mtodos nuevos o poco conocidos, se suministraran lashiptesis y algoritmos que lo sustentan.

(h) adems de los resultados del anlisis global de la estructura, deben realizarse ydocumentarse los anlisis locales o evaluaciones independientes en las seccionescriticas y en las regiones donde haya discontinuidad.

PLANOS DEL PROYECTO

De conformidad con el Capitulo 3 de la Norma COVENIN MINDUR 1755 Cdigosde practicas Normalizadas para la fabricacin y Construccin de Estructuras de Acero, losplanos y los dibujos del proyecto mostraran el diseo completo, con las dimensiones, lassecciones y la situacin relativa de todos los miembros, juntas y conexiones de laestructura. Los niveles de piso, los centros las columnas y las excentricidades de sus ejesestarn acotados. Los planos se dibujaran a una escala suficientemente grande comopara transferir la informacin adecuada, no menor de 1/100.

Los planos mostraran la clasificacin de la estructura tal como se exige en elCapitulo 3. Cuando la preparacin adecuada de los planos de taller as lo exija, los planosde proyecto se complementaran con datos tales como los relativos a las acciones ysolicitaciones previstas que han de ser resistidas por todos los miembros, sus juntas yconexiones. El diseo de las conexiones debe ser consistente con la clasificacinsealada en los planos.

Donde las juntas se efecten con pernos de alta resistencia y se necesite transmitirfuerza cortante entre las partes conectadas, los planos indicaran si el tipo de conexin queha de suministrarse es de aplastamiento o de deslizamiento critico.


12/92

Cuando se requieran contraflechas en vigas y celosas estas debern precisarse enlos planos. Igualmente debern indicarse en los planos los requisitos para rigidizadores yarrostramientos.

PLANOS DE TALLER

Los planos de taller se preparan antes de iniciar la fabricacin de la estructura yentregados al ingeniero estructural para su aprobacin. Estos planos debern suministrartoda la informacin necesaria para fabricar las partes que la componen, incluyendo lasituacin, tipo y dimensiones de todos los pernos y soldaduras. En los planos de tallerdeben diferenciarse entre pernos y soldaduras ejecutados en el taller y los ejecutados enla obra, e identificar con claridad las conexiones de deslizamiento critico a realizar conpernos de alta resistencia.

Los planos de taller se elaboraran conforme a las practicas de fabricacin mas

modernas y con las debidas consideraciones a la rapidez y economa en la fabricacin, elmontaje y la construccin, de acuerdo con los requisitos del Capitulo 4 de la NormaCOVENIN MINDUR 1755.

PLANOS DE MONTAJE Y CONSTRUCCIN

Los planos de montaje y construccin debidamente aprobados por el ingenieroestructural mostraran la secuencia de construccin y la localizacin de todos loselementos de la estructura, as como sus dimensiones y marcas para una adecuada

identificacin. Adems, se indicaran las cotas de las bases de las columnas, todas lasdimensiones necesarias y los detalles para colocar los pernos de anclaje, y cualquier otrainformacin esencial para el montaje de la estructura.

En estos planos se sealaran todos aquellos miembros y componentes que sonesenciales para la integridad de la estructura, parcial o totalmente y construida, as comodurante la vida til de la edificacin.

Debern ser sometidos a la aprobacin del ingeniero estructural los detalles de lostrabajos a ser ejecutados en obra, que modifiquen los miembros y conexiones fabricadosen taller o en obra.

Se incorporaran a la documentacin del proyecto los planos definitivos de la obra oplanos de modificaciones si las hubiera.

ANOTACIONES PARA LAS SOLDADURAS

En los planos de proyecto y taller se debern sealar las juntas o grupos de juntasen las cuales es especialmente importante que se controle cuidadosamente la tcnica y lasecuencia de soldadura a emplearse, a fin de minimizar la ejecucin de soldaduras en

condicin de restriccin y evitar distorsiones indebidas.


13/92

Las longitudes de soldadura especificadas en estos planos y dibujos se referirn alas longitudes efectivas netas, es decir, excluyendo las imperfecciones de arranque yterminacin.

SIMBOLOGIA Y NOTACIN NORMALIZADAS

Los smbolos para las soldaduras utilizacin en los planos y taller sern losespecificados en las Normas AWS vigentes. Se podrn usar otros smboloscomplementarios adecuados, siempre que en los planos o dibujos se suministre unaexplicacin completa de estos.

CONSERVACIN DE LOS DOCUMENTOS DEL PROYECTO ESTRUCTURAL

Conforme a la seccin 3.14.4 de la Norma COVENIN MINDUR 2002, elpropietario de la obra deber conservar toda la documentacin del proyecto, incluido eldiario de obra del proyecto original de la edificacin y de las modificaciones autorizadas.En caso de cambio de propietario, debern entregrsele al nuevo propietario todos losdocumentos mencionados.

1.7- CARGAS DEL PROYECTO ESTRUCTURAL

Una de las tareas ms importantes del proyectista es determinar de la manera msprecisa posible el valor de las cargas que soportar la estructura durante su vida til, ascomo su posicin y tambin determinar las combinaciones ms desfavorables que deacuerdo a los reglamentos pueda presentarse.

TIPOS DE CARGAS

Cargas muertas Cargas vivas Cargas accidentales

CARGAS MUERTAS

Son aquellas cuya magnitud y posicin, permanecen prcticamente constantes durante lavida til de la estructura.

Peso propio. Instalaciones. Empujes de rellenos definitivos.


14/92

Cargas debidas a deformaciones permanentes.

CARGAS VIVAS

Son cargas variables en magnitud y posicin debidas al funcionamiento propio de laestructura.

Personal. Mobiliario. Empujes de cargas de almacenes. Etc.

Estas cargas se especifican como uniformemente repartidas por unidad de rea en elANSI y otros cdigos como el RCDF-87 ttulo 6, COVENIN-MINDUR 2002Cargas vivas mximas para diseo por carga gravitacional (combinacin comn).Cargas vivas medias para diseo por estado lmite de servicio.Cargas vivas instantneas para diseo por combinacin accidental.

La vida til de una estructura es de aproximadamente 50 aos.

Cargas vivas de impacto (de acuerdo al IMCA) Instituto Mexicano de la Construccin enAcero.

Incremento de carga

Soportes de elevadores 100 %

Soportes de maquinaria ligera impulsada por motores elctricos 20 %

Soportes de maquinaria con movimiento alternativo o impulsadacon motores de combustin

50 %

Tirantes que soporten pisos y balcones 33 %


15/92

Cargas vivas para estructuras especiales:

Para puentes de FFCC las normas de la American Ralway Engineering Association(AREA).

Para puentes carreteros las normas de la American Association of State Highwayand Transportation Officials (AASHTO).

Para edificios el Unifor Building Code (UBC):

CARGAS ACCIDENTALES:

VIENTO:Estas cargas dependen de la ubicacin de la estructura, de su altura, del reaexpuesta y de la posicin. Las cargas de viento se manifiestan como presiones ysucciones. En las NORMAS COVENIN-Viento , se especifica el clculo de estas presionesde acuerdo a las caractersticas de la estructura.En general ni se especifican normas de diseo para el efecto de huracanes o tornados,

debido a que se considera incosteable el diseo contra estos efectos; sin embargo, sesabe que el detallado cuidadoso del refuerzo, y la unin de refuerzos en los sistemas depiso con muros mejora notablemente su comportamiento.

SISMO:Estas cargas inducidas en las estructuras estn en relacin a su masa y elevacina partir del suelo; as como de las aceleraciones del terreno y de la capacidad de laestructura para disipar energa; estas cargas se pueden determinar como fuerzas estticashorizontales aplicadas a las masas de la estructura, aunque en ocasiones debido a laaltura de los edificios o esbeltez se hace necesario un anlisis dinmico para determinarlas fuerzas mximas a que estar sometida la estructura.

METODOS DE DISEO:

En un principio, las estructuras se disearon empleando esfuerzos permisibles o detrabajo, que limitaban el esfuerzo normal o tangencial de una pieza o una fraccin delesfuerzo de fluencia del material, razn por la cual se le denomina comnmente "diseoelstico" aunque es ms correcto el termino: "diseo por esfuerzos permisibles o detrabajo".


16/92

Cabe sealar que si se aprovecha la resistencia del material ms all de su punto defluencia (como es el caso del acero) y se defina el esfuerzo permisible en funcin delesfuerzo de falla se estar diseando plsticamente, por lo cual es impropio el trmino dediseo elstico.

DISEO PLASTICO:

Actualmente las estructura se disean teniendo en cuenta separadamente las cargas Pque se multiplican por un factor de carga Fc > 1 que amplifica las cargas, y por otro lado laresistencia del elemento se obtiene nominalmente considerando su capacidad ltima defalla (Rn) para conseguir secciones econmicas, se reduce con factores de resistencia Fr< 1; de tal manera que la ecuacin bsica de diseo resulta:

FcP < FrRn

De donde: F.S. a la falla = Fc > 1/ Fr < 1 >> 1


17/92

Sin embargo, este diseo denominado comnmente "plstico" debera llamarse "diseopor factores de carga y resistencia", pues si en lugar de elegir la resistencia a la ruptura(Fu) tomamos el esfuerzo de fluencia (Fy) obtenemos un diseo elstico

El mtodo LRFD y el de las COVENIN 1618-Metlicas siguen este mtodo para el diseo

por estados lmites de falla; es decir, el diseo para elementos mecnicos y/o esfuerzosque aseguran la resistencia mecnica del elemento estructural ante el colapso.

Mientras que el diseo por estado lmite de servicio incluye la revisin por deflexiones,vibraciones y dems efectos en las estructuras para que no afecten su buenfuncionamiento.


18/92

FACTORES DE CARGA:

Los factores de carga incrementan sus magnitudes para tomar en cuenta lasincertidumbres para estimar sus valores:

REGLAMENTO LRFD COVENIN1618 COMBINACIONES MAS

FRECUENTES

Carga muerta = D U = 1.4 D

Carga viva = L U = 1.2 D + 1.6 L + 0.5 (Lr S R)

Carga viva en techo = Lr U = 1.2 D +1.6 (Lr S R)Carga viento = W U = 1.2 D +1.3 W + 0.5 L +0.5 (Lr S R)

Carga por sismo = E U = 1.2 D + 1.5 E + (0.5L 0.2S)

Carga de nieve = S U = 0.9 D (1.3 W 1.5 E)

Carga de lluvia = R

Carga ltima total = U

Carga muerta = CM *1.4 CMmx 1.5 CMmx

Carga viva = CV *1.4 (CMmx + CVmx ) 1.5(CMmx +Cvmx )

Carga por viento = V **1.1 (CMmed. + CVinst. + S en una direccin V)

Carga ssmica = S ***0.9 (CMmin + CVmin) + 1.1 (S en unadireccin o V

****1.0 (CMmed. + CVmed)

Combinaciones comunes.** Combinaciones accidentales.*** Caso de volteo.

**** Revisin por estado lmite de servicio


19/92

FACTORES DE RESISTENCIA:

Para estimar con precisin la resistencia ltima de un elemento estructural se deben tomaren cuenta la incertidumbre que se tiene en las hiptesis de diseo, resistencia de

materiales, dimensiones de cada seccin, mano de obra, aproximacin de los anlisis, etc.

REGLAMENTO LRFD

Factores de resistencia:

Aplastamiento en zonas de pernos, fluencia del alma bajo cargas concentradas,cortante en tornillos o en juntas tipo friccin.

o Vigas sometidas a flexin y cortante, soldaduras tipo filete con esfuerzos

Permisibles paralelos a su eje.

o Columnas, aplastamiento del alma, aplastamiento en agujeros.

0.80 Cortante en el rea efectiva de soldaduras de penetracin parcial.

o Tornillos a tensin, soldaduras de tapn o muesca, fractura de la seccin

neta de miembros a tensin

o Aplastamiento en tornillos (diferentes al tipo A-307)

o Aplastamiento en tornillos A-307.

Aplastamiento en cimentaciones de concreto.

FACTORES DE RESISTENCIA:

Fr CASO

0.9 Resistencia a tensin para estado lmite de flujo plstico en la seccin total,

resistencia a flexin y cortante en vigas, determinacin de cargas crticas, tensin ocompresin paralela al eje de soldaduras tipo filete y de penetracin parcial.

0.80 Tensin normal al rea efectiva en soldaduras de penetracin parcial cortante en elrea efectiva en soldaduras de penetracin completa.

0.75 Resistencia a tensin por estado lmite de fractura en la seccin neta, resistencia acompresin para estado lmite de pandeo local en secciones tipo 4, cortante en elrea efectiva en soldaduras de filete, cortante paralela al eje de la soldadura depenetracin parcial, resistencia a tensin de tornillos.

0.70 Resistencia a compresin de columnas de seccin transversal circular hueca tipo 4.

0.60 Resistencia al cortante en conexiones por aplastamiento.


20/92

NTC Y COVENIN 1618 METALICAS

GENERALIDADES :

Tipos de estructura:

TIPO 1.- Comnmente designados marcos rgidos o estructuras continuas, losmiembros que las componen estn unidas por conexiones rgidas (nodos rgidos).Tales conexiones deben ser capaces de transmitir cuando menos 1.25 veces elmomento y fuerzas normales y cortantes de diseo de cada uno de los miembrosque une la conexin.

TIPO 2.-Comnmente designados armaduras, unidas con conexiones que permitenrotaciones relativas, siendo capaces de transmitir el 100% de las fuerzas normalesy cortantes, as como momentos no mayores del 20% de los momentos resistentesde diseo de los miembros que une la conexin.

Las estructuras tipo 1, se pueden analizar por los mtodos elsticos o plsticospara este ltimo debern cumplirse las siguientes condiciones:

Fy < 0.8 Fu La grfica esfuerzo - deformacin debe presentar la siguiente caractersticas:


21/92

I.6.- SECCIONES DE PERFILES LAMINADOS:


22/92

PROPIEDADES GEOMETRICAS:

reas de secciones transversales de los miembros:

Area total (At) es el rea completa de la seccin transversal

Area neta (An) es el rea que se obtiene de la suma de las dos del grueso de

cada elemento de la seccin por su ancho neto:

a) Barras a tensin:

Barras a cortante.

b) Para vigas agujeradas en una normal al eje de la pieza:

n = nmero de orificios.

c) varios agujeros que estn en diagonal o zigzag respecto al eje del miembro debedeterminarse la trayectoria del menor ancho neto:

n = nmero de orificios en la trayectoria de falla considerada.m = nmero de espacios entre agujeros de la trayectoria del menor ancho neto.

Para soldaduras de tapn no se debe considerar el metal de aportacin como parte de laseccin neta


23/92

Propiedades geomtricas:

- Area neta efectiva (Ae).

Para miembros sujetos a tensin:

- Cuando la carga se transmite directamente a cada una de las partes quecomponen la seccin transversal del miembro por medio de remaches y tornillos osoldaduras colocados en todas ellas.- Cuando la carga se transmite por medio de remaches o tornillos colocados enalguna de las partes que forman la seccin pero no a todas Ae = Uan

U = coeficiente de reduccin de rea < 1

- Cuando la carga se transmite por medio de soldaduras colocadas en algunas

partes que forman la seccin pero no en todas Ae = Uat

Ae = rea neta efectiva.At = rea total.

VALORES DE U:

a) En secciones laminadas IE, IR, IS y TR donde: bf > 2/3 h conectadas porlos patines.

Nota: cuando la conexin es atornillada o remachada debe haber al menostres conectores en cada lnea a la direccin de los esfuerzos U = 0.9

b) Secciones IE, IR, IS, TR, que no cumpla con el requisito anterior ysecciones restantes (incluidas las formadas con placas).

Nota: Cuando la conexin es remachada o atornillada debe haber dos o tresconectores en cada lnea en direccin de los esfuerzos U = 0.85

c) Todos los miembros con conexiones remachadas o atornilladas quetengan solo dos conectores en cada lnea de la direccin de los esfuerzos U= 0.75

d) Elementos planos conectados a lo largo de sus bordes longitudinales consoldadura tipo filete o de penetracin y cuando la separacin transversalentre conectores excede los 20 cm U = 0.70

Para miembros principales se recomiendan siempre al menos 2 lneas deconectores en la direccin del esfuerzo.


24/92

Placas unin

En el diseo de placas que forman conexiones remachadas o apernadas sujetas a

tensin, como placas laterales con a tope, o placas unin en armaduras se obtendr elrea neta como se indico anteriormente pero se limitara a no ms del 85 % del rea totalaunque An > 0.85 At.

MARCOS CONTRAVENTEADOS

El sistema de contraventeo de una estructura de varios niveles deber ser adecuado para:

Evitar el pandeo de las estructuras bajo cargas verticales. Conservar la estabilidad lateral de la estructura incluyendo los efectos P-D bajo cargas

verticales y horizontales de diseo.

Si el edificio tiene muros de cortante ligados a los marcos por medio de losas de concreto uotros sistemas de piso de rigidez suficiente, los muros se considerarn como parte del sistemavertical del contraventeo.Al analizar el pandeo y la estabilidad lateral de la estructura puede considerarse a lascolumnas, vigas y diagonales de los marcos contraventeados como una armadura vertical envoladizo (en uniones articuladas) y deben considerarse sus deformaciones axiales.

Las fuerzas axiales de todos los miembros de los marcos contraventeados producidos por lasfuerzas verticales y horizontales de diseo (Pi) deben cumplir:P < 0.85 PyDonde:Py = At FyLas vigas incluidas en el sistema vertical de contraventeos se deben disear a flexocompresinconsiderando las fuerzas axiales debido a cargas laterales.


25/92

MARCOS SIN CONTRAVENTEO:

Las resistencias de marcos que pertenecen a edificios sin contraventeos ni muros de cortantedeben determinarse con un ngulo que incluye el efecto de los desplazamientos laterales y delas deformaciones axiales de columnas.Dichos marcos deben ser estables bajo la combinacin de cargas laterales y verticales. Lasfuerzas axiales en columnas debern limitarse a 0.75 Py,Donde: Py = At Fy

CLASIFICACION DE LAS SECCIONES:Las secciones estructurales metlicas se clasifican en cuatro tipos de acuerdo a las relacionesancho/espesor mximo de los elementos que las componen:

SECCION TIPO 1(Secciones para diseo plstico): Son aquellas que pueden alcanzar elmomento plstico y conservarlo durante la rotacin necesaria para que ocurra laredistribucin de esfuerzos (momentos) en la estructura.

Mp = Fy Z Z = C S Z = mdulo plstico C > 1

SECCION TIPO 2 (Para diseo plstico sin rotacin, secciones compactas): Sonaquellas que pueden alcanzar el momento plstico, pero no tienen capacidad bajomomento constante Mp.


26/92

My = Fy S S = I/C

SECCIONES TIPO 3 (para diseo a la fluencia o elstica, secciones semicompactas):Son aquellas que pueden alcanzar el momento elstico My (iniciacin del flujo plstico).

SECCIONES TIPO 4 (Secciones esbeltas): Son aquellas que tienen como lmite de

resistencia el pandeo local de alguno de sus elementos (por esfuerzos de compresin).


27/92

las secciones de los miembros que forman la estructura sean todas tipo 1

(secciones compactas). Los miembros estn contraventeados lateralmente. Se usa doble atiesador en almas donde se formen articulaciones plsticas en la

seccin donde hay cargas concentradas.

No se aplican cargas que produzcan falla por fatiga ni halla fallas de tipo frgil .


28/92

RELACIONES ANCHO-GRUESO PARA SECCIONES DE PERFILES METALICOSTABLA 2.3.1 NTC (PAG. 22).

VALORES MAXIMOS ADMISIBLES DE RELACION ANCHO ESPESOR

ANCHO:

Elementos planos no atiesados

Son aquellos que estn soportados a lo largo de uno solo de sus bordes paralelos a ladireccin de la fuerza de compresin. Su ancho se toma como sigue:

En placas, la distancia del borde libre a la primera fila de soldadura, remaches otornillos.


29/92

En alas de ngulos, patines de canales y almas de tes, la dimensin nominal total.

En patines de secciones I, H, T, la mitad de la dimensin nominal total. En perfiles hechos con lmina doblada, la distancia del borde libre a la iniciacin de

la curva que une el elemento considerado con el resto del perfil.

ELEMENTOS PLANOS ATIESADOS (S1, S2, S3):

Son aquellos que estn soportados a lo largo de sus dos bordes paralelos al esfuerzode compresin. Su ancho se toma como sigue:

a. En patines de secciones de cajn hechos en cuatro placas, la distancia entre lneasadyacentes de soldaduras, remaches o tornillos.


30/92

En patines de secciones laminadas en cajn la distancia libre entre almas, menoslos radios de las dos curvas de unin.

En almas de secciones formadas por placas H, I o en cajn la distancia entre lneasadyacente de remaches o tornillos, en secciones soldadas la distancia libre entrepatines.

En almas de secciones laminadas en caliente o dobladas en fro, la distancia entrela iniciaciones de las curvas de unin con las curvas de soporte.

GRUESO:

En elementos de grueso uniforme, este se toma igual al valor nominal. En patines deespesor variable se toma el grueso nominal medio a la mitad de la distancia entre el bordey la cara del alma.

SECCIONES CIRCULARES HUECAS (OC).

En estos la relacin b/t se determina por el cociente dimetro exterior/grueso de la pared.

SECCIONES ESBELTAS (TIPO 4)

Elementos planos no atiesados


31/92

Para determinar la resistencia de diseo de estas secciones debe incluirse un factor dereduccin Qs calculado como sigue:

Para ngulos (LI, LD) aislados:

Si

Si

Para ngulos o placas que sobresalen de columnas u otros miembrosflexocomprimidos y para patines comprimidos de vigas y trabes armadas:

Si

Si


32/92

Elementos planos atiesados (S4)

Para elementos en secciones tipo 4, deber utilizarse un ancho efectivo reducido (be), enla determinacin de las propiedades geomtricas necesarias para calcular la resistenciadel miembro.

Para patines de secciones cuadradas o rectangulares huecas con paredes degrueso uniforme (PTR).

f = esfuerzo de compresin existente en el elemento atiesado, producido por lassolicitaciones de diseo.

Para calcular cualquier otro elemento plano atiesado comprimido uniformemente:

Donde:b=ancho del elemento comprimido (cm)be= ancho efectivo reducido (cm)t= grueso del elemento comprimido (cm)f = esfuerzo de compresin existente en el elemento atiesado, producido por las acciones

de diseo (kg/cm2)El factor de rea Qa = rea efectiva/rea total = Ae/AtAe = At - (b be) tDonde n = elementos planos que componen la seccin.Secciones Formadas Por Elementos Planos Atiesados Y No Atiesados:Para determinar la resistencia de este tipo de secciones se considera el factor Q = QsQa,donde el esfuerzo "f", empleado para calcular "be" debe cumplir f Qsfy.Obteniendo Qs correspondiendo al elemento no atiesado que tiene la mayor relacin b/t.


33/92

DISEO DE MIEMBROS SUJETOS A TENSION.

Para el diseo de miembros a tensin de acuerdo a las NTC y COVENIN se considerandos estados que son:

Estado lmite de flujo plstico en la seccin total (para limitar la elongacin delmiembro):

Rt = Fr Fy AtFr = 0.9

Estado lmite de fractura en la seccin total:

Rt = Fr Fu AeFr = 0.75

Donde:Fr = factor de resistenciaRt = resistencia a tensin del miembro (kgf)At = rea total de la seccin (cm2)Ae = rea neta efectiva de la seccin (cm2)Fy = esfuerzo de fluencia del acero empleado(kgf/cm2)

Fu = esfuerzo ltimo (de ruptura) del acero (kgf/cm2) a tensin.En miembros sin agujeros conectados mediante soldaduras colocadas en todos loselementos que componen su seccin transversal, se tomar Ae = At.Si existen agujeros entre las conexiones soldadas de los extremos del elemento, obien si contienen soldaduras de tapn o ranura se emplear el rea neta efectiva atravs de los agujeros.

Calcular el rea mnima efectiva y total necesaria para una placa prismtica, quedeber soportar una tensin de 10 ton por CM + CV, si pertenece a una estructuratipo B, acero A-36.

1.4(10000 kg) 4.58 cm2Ae = Uat

.Ae =0.80 At

.

1.0 si la soldadura est aplicada correctamente(miembros secundarios)0.80 si no est segura la calidad de la soldadura(miembros principales)

At > 6.15 cm2 (a) flujo plstico0.80 At > 4.58 cm2At > 5.75 cm2(b)

Determinar el rea total necesaria para una placa sujeta a tensin que soportara 5ton po (CM + CV + V) si ser conectada de la manera siguiente.

Estructura tipo A, acero A-441Fy = 2950 kg/cm2Fu = 4430 kg/cm2

1.1 (1500 kg)< 0.9 (2950 kg/cm ) At ............10.75 (4430 kg/cm ) Ae ..........2

16500 < 2655At At > 6.21 cm ............116500 < 3322.5 Ae Ae > 4.97 cm .............2At = 1.9 b = 6.21 b > 3.27 cm ................1


35/92

ABDE

ABCDE

ABCF

GCF

b - 2.70 be= b 5.40 Ae = 1.9 (b-5.40) 1.9 (b - 5.40) > 4.97 .........2

b > 8.01 cm ........2 Falla por fractura en la seccin

At = (1.9) (26.04) At = 49.47 cm2Ae = beh be= 26.04 (2.70)2 be= 20.64 cmAe = 1.9 (20.64) Ae = 39.21 cm2

U = 0.79 Para saber que tan ptima es la seccin

BLOQUE DE CORTANTE (INTERACCION TENSION CORTANTE)

La resistencia de diseo de un miembro a tensin, no siempre esta gobernada por lasexpresiones que consideran la falla por fractura o por flujo plstico, ni por la resistencia delos tornillos, remaches o soldaduras; si no que tambin a veces depende de la resistenciade su "bloque de cortante" que es la zona de conexin del miembro, definida por un planode falla a cortante y uno transversal a tensin.

En este caso de la falla de los planos no ocurre simultneamente pudiendo presentarsedos casos:


36/92

CASO A:Area grande a cortante y rea pequea a tensin:

Cuando se tiene un rea grande a cortante y una pequea a tensin su resistencia ser acortante y no a tensin, por lo que primero se presentar el flujo del rea a tensin y lafalla despus a cortante, a este caso se le denomina fluencia por tensin y fractura porcortante, y su resistencia se determina como:

AgtFy = fluencia por tensin

0.6AncFu = fractura por cortante

CASO B:Area grande a tensin y rea pequea a cortante:

Para este caso la resistencia ser a tensin y no a cortante de modo que primero sepresentar la fluencia a cortante y luego la fractura a tensin denominndole fractura portensin y fluencia por cortante:


37/92

AntFu = fractura por tensin0.6AgvFy = fluencia por cortante

donde:

Agu = rea total sujeta a cortanteFr = 0.75Agt = rea total sujeta a tensinAnv = rea neta sujeta a cortanteAnt = rea neta sujeta a tensinAgv = rea total sujeta a cortanteRtb = resistencia total sujeta a cortanteFu = esfuerzo ltimo del material

La resistencia total del bloque de cortante Rtb, se determina como la menor de las dos

expresiones calculadas de Rtb.

Nota: debern aplicarse ambas ecuaciones, a fin de determinar el tipo de falla. Rigiendo laque de la menor resistencia (se escoge la menor).

Determinar la resistencia del bloque de cortante para la fig. ilustrada.

A 36 Fy = 2530 kg/cm2Fu = 4080 kg/cm2

Agt = 5.08 (0.63) = 3.20 cm2Ant = 3.20 cm2

Agv = (0.79 + 15.24) (0.635) = 10.09 cm2Anv = 10.09 cm2

Se escoge esta


38/92

CABLES:

Son los miembros ms simples para diseo a tensin, se definen como miembros flexiblesa tensin, formados por uno a ms grupos de alambres, torones o cuerdas.

TORON:Es un arreglo helicoidal de alambres en torno de un alambre para obtener unaseccin simtrica.

CABLE: Es un conjunto de torones arreglado helicoidalmente en torno a un ncleoformado por un torn, cable de alambre o de fibras (los cuales se usan principalmentepara fines de izaje).

La resistencia mnima de fluencia se mide al 0.7% de elongamiento bajo carga y sus

mdulos de elasticidad van de 1.97 x 106 a 2.11 x 106kg/cm2, ya que el acero es estiradoen fro.

El cable se especifica de acuerdo a su dimetro nominal mientras que el alambre seespecifica de acuerdo a su calibre en vez del dimetro. La elongacin del cable consistebsicamente en dos puntos:

Un estiramiento debido al reacomodo radial y axial de los alambres y torones que locomponen.

El estiramiento elstico de los alambres que forman la seccin.

Por lo tanto el estiramiento depende del valor de la carga, el nmero de torones por cable,el nmero de alambres por torn, el paso de los arreglos helicoidales y el tipo de aceroempleado.La eleccin del cable se realiza a partir de las tablas del fabricante, especificando la cargaltima (de ruptura) contra su dimetro nominal, debiendo limitar su elongacin de acuerdoal mdulo de elasticidad tabulado y el rea neta de la seccin del cable.

EJEMPLO DE TABLA:

nominal Resistencia ala ruptura Area neta Peso unitario Mdulo deelasticidad

" 13.6 ton 0.97 cm 0.77 kg/cm 1.69 x 10

kg/cm2

" 30.8 ton 2.18 cm 1.76 kg/cm 1.69 x 10

kg/cm2

1" 55.3 ton 3.87 cm 3.13 kg/cm 1.69 x 10

kg/cm2


39/92

EJEMPLO:Obtener el dimetro nominal del cable necesario para izar una carga de 20 Ton. Si elacero del cable empleado es de 1.965 x 106 kg/cm2, y su longitud es de 10 m. Si laelongacin mxima debe ser del 0.5 %.

L = 10 metros

nominal Rmm (Ton)Ruptura

A (cm ) Peso (kg/m)

" 13.2 0.97 0.77

5/8" 21.1 1.51 1.22

" 29.9 2.18 1.76

7/8" 40.5 2.96 2.40

1" 53.7 3.87 3.13

Factor de carga = 1.5

AeFu = RnAe = rea neta efectiva

Para

7/8"el alargamiento elstico ser = CxL/EA =20.000 kg x 1000 cm/1.965 x 106 kg/cm2x2.96 cm2

el alargamiento elstico =

se acepta por ser menor


40/92

4.- MIEMBROS SUJETOS A COMPRESION

Los miembros sujetos a compresin se distinguen de los sujetos a tensin por lo siguiente:

a. Las cargas de tensin tienden a mantener rectos a los miembros mientras que las decompresin tienden a flexionarlas.

b. La presencia de agujeros en la seccin transversal de miembros reducen el reaefectiva de tensin, mientras que en el caso de compresin, los tornillos, remaches ypernos llenan al agujero apoyndose en ellas a pesar la holgura que existeconsiderando las reas totales disponibles para soportar la compresin.

La experiencia demuestra que mientras las columnas son lo suficientemente cortas, fallaplastificndose totalmente todas las "fibras" de la seccin transversal (es decir quealcanzan el esfuerzo de fluencia), que es el lmite elstico del material (Fy).

Conforme aumentan su longitud sin variar su seccin transversal, las columnas fallanalcanzando el esfuerzo de fluencia solo algunas "fibras de la seccin", llamadas columnasintermedias. Finalmente cuando las columnas son lo suficientemente largas fallan sin queningn punto alcance el valor del esfuerzo de fluencia.


41/92

En 1757 Leonhard Euler (suizo) desarrollo un modelo matemtico para descubrir elcomportamiento de las columnas esbeltas de la manera siguiente:

La ecuacin de curvatura para una barra en flexin:

si dy/dx 0 x = d2y/dx2

De resistencia de materiales se tiene:

Para nuestro caso:

Ecuacin asociada:

de donde:


42/92

para las condiciones de frontera:

Como I = Ar2

Ec. Para carga mnima crtica de pandeo de columna esbelta de EulerPara obtener la seccin transversal mnima que garantice alcanzar el esfuerzo de fluencia:


43/92

MIEMBROS A COMPRESION (CONTINUACION)

Las pruebas hechas en columnas producen valores de relaciones de esbeltez distribuidosen una franja ancha que promedia la curva de comportamiento real de falla de lascolumnas.

Los factores que afectan la resistencia de las columnas son varias an en condiciones delaboratorio:

Centrado de la energa Imperfecciones de la seccin Homogeneidad del material Rectitud del elemento columna Esfuerzos residuales

Las condiciones de apoyo son las ms importantes a menudo para determinar la cargacrtica de una columna, debido a la variacin de casos que se presentan en la prctica, porlo cual se ha considerado en la frmula de Euler el valor de L como la "longitud efectiva"de la columna, es decir, la longitud entre puntos de inflexin en la geometra deformada dela columna considerando un valor de k de modo que el producto kL = Le = longitudefectiva de la columna.

La frmula de Euler solo predice el comportamiento en columnas esbeltaz, cuando "L" esla longitud efectiva de la columna, sin embargo cuando el esfuerzo es prximo al lmite deproporcionalidad del material se separa la funcin de Euler del comportamiento real; allmite de la relacin de esbeltez a partir del cual esta sucede se le denomina Cc ycomienza el comportamiento inelstico que fue estudiado por Engesser y Karmanproponiendo frmulas para el mdulo secante y mdulo reducido las cuales an seencuentran en discusin pero obtienen valores cercanos al comportamiento real.


44/92

FORMULA DEL MDULO SECANTE

Para determinar el esfuerzo mximo para la zona inelstica de pandeo, se obtieneaproximadamente como:

Donde:Fy = Lmite de fluencia del aceroe = Excentricidad de la carga aplicadac = Distancia del centroide a la fibra ms alejada

= Relacin de excentricidad

Esta ecuacin considera esfuerzos secundarios debidos a flexin y curvado inicial de las

columnas.El problema de resolver esta ecuacin, es que el valor a obtener P/A est implcito, deforma que se obtiene mediante iteraciones sucesivas.Para este caso, se considera como lmite superior del comportamiento elstico 0.5 Fy, detal forma que:


45/92

DISEO DE MIEMBROS A COMPRESIN

Para secciones 1,2 y 3 se considerar el estado lmite de inestabilidad por flexin.Para secciones 4 adems se considerar el estado lmite de pandeo local.

En algunos casos de secciones con uno o con ningn eje de simetra (LI, TR, CE) y condos ejes de simetra pero baja rigidez torsional (IE, IR, IS) se debern considerar tambinlos estados lmite de pandeo por flexotorsin.

ESTADO LMITE DE PANDEO POR FLEXION:

Miembros IE, IR, IS, PTR y semejantes:

donde:Fr = 0.9

IR, IS, IE, PTR y las formadas por cuatro placas soldadas tipo 1, 2, 3 implican quen=1.4IR, IS, IE formadas por tres placas soldadas tipo 1, 2, 3 implican n = 1.0

Miembros de seccin cualquiera en a)


46/92

Si

Si

Donde:Fr = 0.85

(Relacin de esbeltez que separa los rangos de columnas esbeltas de las intermedias)

mxima relacin de esbeltez de la columna

ESTADO LIMITE DE PANDEO LOCALPara secciones tipo 4, sin importar la forma de la seccin transversal, la resistencia acompresin Rc se determina como:

donde:n = segn se especific antesFr = 0.9Q = factor de pandeo local = QsQaQs = correspondiente al elemento plano no atiesado con el mayor valor b/t

En secciones formadas nicamente por elementos planos atiesados Qs = 1 En secciones formadas nicamente por elementos planos no atiesados Qa = 1

Para secciones OC tipo 4 y D/t < 914000/Fy se tomar el menor de los siguientes valores:


47/92

y de:

Fr = 0.70Nota: En todos los casos la relacin de esbeltez a compresin (KL/r)max < 200

ESTADO LIMITE DE PANDEO POR FLEXOCOMPRESIONEn miembros comprimidos con uno o ningn eje de simetra, tales como LI, LD, TR o condos ejes de simetra pero muy baja rigidez torsional: IE, IR, IS, secciones en cruz, puede

ser necesario revisar los estados lmite de pandeo por flexotorsin o torsin, cuyosprocedimientos no estn incluidos en estas normas:Consultar: Vasili Ilich Vlasov: Secciones de pared delgada.

EJEMPLOS DE DISEO DE MIEMBROS A COMPRESION:

Obtener la resistencia nominal a compresin de una barra de armadura sujeta acompresin formada por dos LI 64 x 6, si su longitud es de 2.00 m y A-36.

A= 7.68 cm2rmin = 1.24 cm Fy = 2530 kg/cm2K = 1 (doblemente articulada)Iz = 11.65cm4


48/92

sigo con el clculo

seccin tipo 3

10.16 < 12.72 es seccin tipo 3

Edo. Lmite de pandeo por flexin:

Menor que es una

Columna esbelta

si FR = 0.85

Rc = 5.048,86 Kg resistencia del miembro compresinsi nos hubiera salido tipo 4 habra que calcular Qa, Qs, etc.


49/92

Obtener la resistencia a compresin de una columna formada por un perfil IR 356 x63.8, si se encuentra conectado como se muestra, A-36:

A = 81.3 cm tw = 0.78 cm ry = 4.8 cmbf = 20.3 cm Ix = 17815 cm rx = 14.8 cmtf = 1.35 cm Iy = 1881cm

Los tornillos se disean a tensin mxima

Direccin XKx = 2.1

Direccin YKy = 0.8

Tipo de seccin:

Patn

Lmite

como 7.52 < 16.50 el patn es S1


50/92

para el alma:

Lmite para S1, S2, S3

Como 44.49 > 41.77 el alma es S4

En conclusin como el patn es S1 y el alma es S4 rige S4 (por ser ms desfavorable)

Edo. Lmite de pandeo local:

Para el alma:


51/92

Para el patn:

MIEMBROS A FLEXION

Lo anterior es cierto solamente si la longitud "L" de la viga es menor a el valor "Lp"denominada longitud mxima no soportada lateralmente para la cual ocurre laplastificacin de la seccin, lo cual permite su rotacin. A este comportamiento se ledenomina pandeo plstico (L < Lp).

Si la longitud "L" de la viga es mayor que "Lp" pero menor que cierto valor "Lr"denominada longitud mxima no soportada lateralmente para la cual an se presenta elpandeo lateral de la seccin alcanzando el valor de fluencia en algunos de los puntos de laseccin pero no en todos. A este comportamiento se le denomina pandeo inelstico (Lp Lr).


52/92

Los valores de Lp y Lr dependen de la seccin transversal del miembro, del esfuerzo defluencia del material empleado, as como de los esfuerzos residuales presentes en elmiembro de tal forma que los valores de Lp y Lr estn tabulados para cada seccin en elAISC, mientras que en las NTC-Metlicas del RCDF 87, se dan expresiones paracalcularlas.

COEFICIENTES DE FLEXION:

En los casos en que el tramo no soportado lateralmente (tramo de diseo) se encuentraflexionado en curvatura doble, o bien en curvatura simple, pero los momentos en losextremos de dicho tramo son mayores que el de cualquier punto intermedio, se aplicancoeficientes de flexin "c" para ajustar (amplificar) los valores resultantes del caso base(curvatura simple con momentos extremos menores que en cualquier puntointermedio)para obtener los momentos nominales que verdaderamente alcanzar laseccin estudiada bajo el diagrama de flexin en tensin.

La razn de la amplificacin de los valores de Mn* (base), se debe a que el caso base esel ms crtico, mientras que cuando el tramo se flexiona en curvatura doble tenemosmayor restriccin al pandeo.

Cb>1

Cb = 1 Caso crtico Caso ms favorable

De acuerdo a las NTC- Metlicas

para curvatura simple

para curvatura doble


53/92

C = 1 cuando el momento en cualquier seccin dentro del tramo no soportado lateralmentees menor que M2y cuando el patn no esta soportado lateralmente de forma efectiva (enalguno de los extremos).

M1= momento menor de diseo en el tramo L (del extremo).M2= momento mayor de diseo en el tramo L (del extremo).

DISEO DE MIEMBROS A FLEXION

En el diseo de miembros a flexin debern considerarse los estados lmite de fallasiguientes:

Formacin de mecanismos con articulaciones plsticas. Agotamiento de la resistencia a flexin en miembros que no admiten redistribucin

de momentos. Iniciacin del flujo plstico en la seccin crtica. Pandeo local del patn comprimido (S4). Pandeo local del alma por flexin (S4). Plastificacin del alma por cortante. Pandeo local del alma. Pandeo lateral por flexotorsin. Flexin y fuerza cortante combinados. Otras formas de pandeo del alma. Fatiga.

Adems debern considerarse los estados lmite de servicio por deformaciones y

vibraciones excesivas.

RESISTENCIA DE DISEO EN FLEXION

La resistencia de diseo en flexin Mr de una viga o trabe de eje recto y seccintransversal constante se determina como se indica a continuacin:

Miembros soportados lateralmente (L


54/92

Para secciones IE, IR, IS:

Para secciones OR:

Donde:Mp = Momento plstico resistente de la seccin.M1= Menor de los momentos extremos en el tramo no soportado lateralmente.ry = radio de giro de la seccin con respecto del menor momento de inercia de la seccin.M1/Mp > 0 si el tramo se flexiona en curvatura doble.

M1/Mp < 0 si el tramo se flexiona en curvatura simple.El patn comprimido debe soportarse lateralmente en todas sus secciones en queaparezcan articulaciones plsticas.

Secciones tipo 3:

Mr = FrSFy = FrMyDonde:S = Mdulo elstico de la seccin

Fr = 0.9My = Momento elstico de la seccin (inicio de fluencia)Para secciones IR, IS, IE, flexionada en torno a cualquier eje centroidal principal puedetomarse un valor de Mr comprendido entre FrMy calculado por interpolacin lineal deacerdo a los valores correspondientes a 830/Fy y 540/Fy de las relaciones anchoespesor de patines:FrMp 830/FyFrMy 540/FySi la flexin es en torno al eje de mayor momento de inercia se comprobar que la relacinancho / espesor del alma no excede de la correspondiente al valor calculado de Mr para lacual tambin se interpolar linealmente entre las relaciones: 8000/fy y 5000/fy

correspondientes a FrMpy FrMy respectivamente.No hay lmites en la longitud L (no apoyada lateralmente) en seccione 1, 2, 3 oensecciones OR, OS, OC o bien cuando la viga sea cual fuere su seccin transversal, seflexiona alrededor de su eje de menor momento de inercia. Por lo tanto, en estos casos Mrse determina como:Mr = FrMp Mr = FrMy


55/92

Secciones tipo 4:

Cuando el alma como el patn comprimido son tipo 4 Mr se determina con los criterios dediseo de perfiles de pared delgada dobladas en fro.

Cuando las almas son tipo 1, 2 o3 y los patines tipo 4 se tendrn dos casos:

c.1) Si el patn comprimido esta formado por elementos planos no atiesados:Mr = FrQsSFy = FrQsMyc.2) Si el patn esta formado por elementos planos atiesados:Mr = FrSeFyDonde:Se =Mdulo de seccin efectivo del elemento obtenido con el ancho efectivo "be" delelemento.

Miembros no soportados lateralmente L > LuLa resistencia de diseo a flexin cuyo patn comprimido esta provisto de soporteslaterales con separaciones mayores que Lu es:

a. Para secciones 1 o 2 con dos ejes de simetra , flexionados alrededor del eje demayor momento de inercia:

Si

Si

Mp = Momento plsticoMu = Momento resistente nominal de la seccin por pandeo elsticoLr = Longitud que separa los intervalos de aplicacin de las 2 ecuaciones anterioresMu = es al de diseo

Para vigas con secciones IE, IR, IS, laminadas o hechas con tres placas soldadas, elmomento resistente nominal de la seccin Mu cuando el pandeo lateral es en la zonaelstica se determina como:


56/92

En secciones IE, IR, IS, laminadas o hechas con placas de dimensiones semejantes a laslaminadas puede tomarse:

donde:

En las ecuaciones anteriores:Fr = 0.9A = rea total de la seccind = peralteIy = momento de inercia mnimo de la seccinRy = radio de girot = espedor del patn comprimidoL = longitud de la viga no soportada lateralmente del patn

J = Constante de torsin de Sant VenantCa = alabeo por torsinC = coeficiente de flexinC = 0.6 + 0.40 M1/M2para curvatura simpleC = 0.6 - 0.40 M1/M2 0.40 para curvatura dobleC = 1 cuando el momento flexionante en cualquier seccin dentro del tramo no soportadolateralmente es mayor que M2. Cuando el patn no esta soportado lateralmenteefectivamente en uno de los extremos.M1= menor momento en el tramo de diseo LM2= mayor momento en el tramo de diseo LPara secciones rectangular hueca (OR) Ca = 0.

EXPRESIONES PARA CALCULAR LOS VALORES DE Lu Y Lr EN MIEMBROS DESECCIONES IE, IR, IS.

Para secciones S1o S2con dos ejes de simetra a flexin en torno a x . Miembrosde seccin IE, IR, IS:


57/92

Para estas mismas secciones o las hechas con placas soldadas de dimensionessemejantes a las laminadas se podrn emplear las expresiones simplificadas:

donde:

Siendo:t = espesor el patn a compresind = peralte total de la seccinExpresiones para el clculo de Lu, Lr en secciones OR, OS, OC en S1 Y S2.

Ca = 0 Mu = es la misma expresin anterior


58/92

Secciones S3, S4con dos ejes de simetra y canales en los que esta impedida larotacin en torno al eje longitudinal ( restringida a torsin ). Flexionadas alrededorde su eje principal mayor.

Si

Si

Donde:Mu = momento resistente nominal en pandeo elstico obtenido por cualquiera de lasecuaciones dadas anteriormente:

Para canales Mc2= 0 Para OC Ca = 0

Lu, Lr se determinan con las expresiones dadas anteriormente pero al determinar Xu, Xr,Lu y Lr se cambiar Zx por Sx.

Para determinar el Mu (el momento resistente nominal) en pandeo elstico paravigas formadas por miembros tipos canal (CE), se emplea la frmula:

Mu = 1/c Mc1Siendo:

b.2) Para secciones S4 donde el alma es S4, patn S1, S2 y S3:

donde:Aa = rea del almaAp = rea del patn comprimidoh = peralte del almat = grueso del almaS = mdulo de seccin elstico respecto del patn comprimido (Ixp/C)


59/92

EJEMPLO:

Obtenga el valor de Mr para la viga siguiente:

Viga para edificio de hospitalPoPo = 171.7 kg/m A = 218.1 cm2Sx = 8816 cm3Zx = 9813 cm3ry= 9 cm J = 125 cm

4

Para el patn:

el patn es S3Para el alma:

el alma es S3La seccin es S3


60/92

Ton-m

L = 15 mComo no conocemos Ca utilizamos la frmula simplificadaC = 1 d = 114.9 cm t = t f=1.6 cm

Lu = 6.08 m Lr = 11.16 mL > Lu es un miembro no soportado lateralmente

Y adems como L > Lr sabemos que falla en la zona de pandeo elstico


61/92

MD> MRLa seccin no es adecuada y debe aumentarse

DISEO DE MIEMBROS A CORTANTE:

De acuerdo a la relacin h/t del alma (s) de l miembro tenemos la siguiente grfica quemuestra la zona asociada al modo de falla del alma por cortante:

Zona 1. Endurecimiento por deformacin .Zona 2. Plastificacin por cortante.*Zona 3. Iniciacin del pandeo del alma.*Zona 4. Pandeo el alma.

Si se emplean atiesadores para el alma la falla ser por tensin diagonal solo en

secciones IE, IR, IS o hechas con placas con una sola alma.


62/92

La resistencia al cortante VR de una trabe o viga de eje recto y seccin transversalconstante IE, IR, IS, CE, PTR, es:

Vu = Resistencia nominal determinada como sigue:Al evaluar Vu se tendr en cuenta si la seccin tiene una o ms almas.

Zona 1 Si

Falla del alma en el intervalo de endurecimiento por deformacin

Zona 2 Si

Falla por plastificacin del alma por cortante

Zona3

Si


63/92

Zona 4 si

Se consideran dos casos

Estado lmite de iniciacin del pandeo del alma.

Estado lmite de falla por tensin diagonal

donde:Aa = rea de (las) alma(s) =ht dtt = espesor del alma

h = peralte del almad = peralte totala = separacin entre atiesadores transversales*Cuando la seccin tiene una sola alma (secciones I laminadas o fabricadas con placas) yest reforzada con atiesadores transversales.

nota:k = 5.0 + 5.0/(a/h)2

En almas no atiesadas h/t 260


64/92

El colocar atiesadores

Colocar atiesadores

INTERACCION FLEXION - CORTANTECuando se necesitan atiesadores transversales y el cociente VD/ MDesta comprendidoentre:

Se deben satisfacer las tres condiciones siguientes:VD VRMDMR

donde:VR= Resistencia de diseo a cortanteMR= Resistencia de diseo a flexinVD= Fuerza cortante de diseoMD= Momento flexionante de diseo

Ejemplo:Determinar la resistencia a cortante de la siguiente viga A-36

F. C. = 1.4 IR = 406 x 53.7 h = 40.3 tv = 0.75 h/t = 53.73

K = 5.0


65/92

MIEMBROS A FLEXOCOMPRESION

Se consideran miembros de eje recto y seccin transversal constante con dos ejes desimetra.

Para fines de diseo con las NTC- metlicas se consideran los miembrosflexocomprimidos pertenecientes a uno de los dos tipos de estructuras:

ESTRUCTURAS REGULARES:

Formadas por marcos planos con o sin contraventeo vertical, con o sin muros

estructurales: paralelos o casi paralelos ligados entre s en todos sus entrepisos a travsde sistemas de piso con resistencia y rigidez suficiente para hacer que todos los marcos ymuros trabajen en conjunto para soportar las fuerzas laterales debido al sismo o viento, opara proporcionar a la estructura, la rigidez suficiente para evitar el pandeo en conjuntobajo cargas verticales. Adems todos los marcos deben ser simtricos y todas lascolumnas de un entrepiso debern tener la misma altura aunque haya entrepiso condiferente altura

ESTRUCTURAS IRREGULARES:

Cuando ocurre alguno de los siguientes casos:

No esta formada por marcos planos. No estn los muros paralelos entre s. No forman dos sistemas de marcos perpendiculares entre s. Los sistemas de piso no tienen la rigidez o resistencia suficiente para distribuir

fuerzas laterales de manera uniforme. Cuando zonas importantes de los entrepisos estn huecas. Cuando la geometra de los marcos difiere sustancialmente de unos a otros. Cuando algn entrepiso tiene columnas de distinta altura.

Una estructura puede ser regular en una direccin e irregular en otra.

Ejemplos de Estructuras:


66/92

REGULARES: Edificios de departamentos, oficinas.IRREGULARES: Teatros, cines, plantas industriales, auditorios.

METODOS DE ANALISIS Y DISEO

Los elementos mecnicos de diseo se pueden obtener con anlisis de primer orden ,basados en la geometra inicial de la estructura; o un anlisis de segundo ordenconsiderando al menos los incrementos de las fuerzas internas debidas a cargas verticalesal actuar sobre la estructura deformada.

Xo = Desplazamiento inicial El anlisis es interactivoCuando sean significativas las cargas axiales se considerar la interaccin flexin cargaaxial en las rigideces y cargas de sujecin.

PA PAPA

KG = Rigidez geomtricaEn las NTC- se da un procedimiento aproximado para efectuar el anlisis de segundoorden de estructuras regulares.La dificultad de diseo esta en proporcin inversa a la exactitud del anlisis efectuado, yaque se consideran factores de amplificacin que debern calcularse an si no se ha hechoel anlisis respectivo.


67/92

ANALISIS DE PRIMER ORDEN

Si las fuerzas normales y momentos se obtienen por un anlisis de primer orden , losmomentos de diseo se determinarn como:

En (a) Mt1es el momento de diseo en el extremo en consideracin de la columna.En (b) Mt1 es uno de los momentos de diseo que actan en los dos extremos.En (a) y (b) Mt1 es producto por cargas que no ocasionan desplazamientos lateralesapreciables (cargas verticales, CM, CV)En (a) Mtp es el momento de diseo en el extremo en consideracin de la columna.En (b) Mtp es uno de los momentos que acta en los dos extremosEn (a) y (b) Mtp es considerado por cargas que si producen desplazamientos lateralesapreciables (sismo, viento).

En (b) el trmino B2Mtp se calcula en los dos extremos de la columna y M* es el mayor delos valores.MUO= Es el momento amplificado de diseo por extremo de columna.MUO* = Es el momento amplificado mximo de diseo de columna.En general los momentos Mt1son producidos por cargas verticales y los Mtp por cargaslaterales. Aunque las verticales pueden ocasionar Mtp significativos en estructuras muyasimtricas en geometra o cargas.

En marcos de estructuras regulares con muros de cortante y contraventeos desaparece eltrmino B2Mtp de las ecuaciones (a) y (b) y los momentos Mt1 ser la suma de losproducidos por las cargas verticales y horizontales.


68/92

B1 y B2son los factores de amplificacin de los momentos calculados como:

donde:

Para miembros flexocomprimidos con marcos con o sin contraventeos sin cargastransversales intermedias:

Para miembros flexocomprimidos que forman marcos con o sin contraventeos concargas transversales intermedias independientemente de que haya momentos en

sus extremos.


69/92

siendo:o = Deflexin lateral mxima.Mou = Momento mximo entre apoyos debido a cargas transversales y a los momentosextremos cuando los haya.

En lugar de la frmula anterior se puede usar:C = 0.85 para extremos restringidos angularmente.

C =1 si no estn restringidos angularmente:

donde:L = longitud no soportada lateralmente en el plano de flexinr = radio de giro correspondientek = factor de longitud efectiva*para B1 se calcula PEcon K para extremos sin desplazamiento lateral k 1*para B2 se calcula PEcon K para extremos con desplazamiento lateral k 1PE = suma de cargas de Euler de todas las columnas de entrepiso correspondiente (en ladireccin de anlisis).Pu = suma de cargas axiales de diseo de todas las columnas del entrepiso encuestin.

Fi oHoH = desplazamiento lateral relativo de los niveles que limitan el entrepiso considerado en

la direccin del anlisis y debido a las fuerzas de diseo.


70/92

H = suma de todas las fuerzas horizontales de diseo que actan arriba del entrepisoconsiderado (cortante ssmico de entrepiso)L = altura de entrepiso

C.C. C.C.

Mj 1.4Mj1+1.4Mj2 1.1Mj1+1.1Mj3+1.1Mj4 1.4(Mj1+Mj2) 0

Mi 1.4Mi1+1.4Mi2 1.1Mi1+1.1Mi3+1.1Mi4 1.4(Mi1+Mi2) 0

Mti Mtp

Carga comn = C.C. Carga accidental = C.A.

C.A. C.A

1.1(Mj1+Mj3) 1.1Mj4

1.1(Mi1+Mi3) 1.1Mi4

Mti Mtp


71/92

con desplazamiento apreciable

ANALISIS DE SEGUNDO ORDEN

Si las fuerzas axiales y momentos se obtienen a travs de un anlisis de segundo ordenconsiderando los efectos antes indicados , los momentos de diseo se determinan como:

En este caso PE se obtiene considerando k 1 ( sin desplazamiento lateral)Los trminos tienen el mismo significado que en el caso de anlisis de primer orden.B1 = coeficiente que considera la interaccin flexin normalB2 = coeficiente que considera los efectos de 2or denLos trminos de (a) y (b) tienen el mismo significado que en el anlisis de 1er orden.

DETERMINACION DE CARGAS ESTATICAS

Las cargas crticas de estructuras regulares pueden determinarse empleando mtodosracionales que consideran la plastificacin parcial de la estructura que suele procede a lafalla por pandeo. Pueden emplearse mtodos basados en el clculo de k.

Se puede suponer como carga crtica de un entrepiso:

Si

Si

Donde:Pcr = carga crtica de diseo de pandeo con desplazamiento lateral del entrepisoPy = AtFyFr = 0.9R = rigidez de entrepiso determinada mediante un anlisis de primer ordenL = altura del entrepiso.


72/92

ESTRUCTURAS IRREGULARES

Anlisis de primer orden:Si las fuerzas normales y los momentos se obtienen a travs de un anlisis

convencional , los momentos de diseo se obtendrn como:

En (a) Mti y Mtp son los momentos debidos a cargas que no producendesplazamientos y la segunda debida a que si producen desplazamientos lateralesapreciables.

Los valores de C solo se aplican a columnas que forman parte de marcos

contraventeados adecuadamente, en caso contrario C = 0.85

Para el clculo de K se tendr en cuenta si la columna contraventeada se utiliza sin

desplazamiento y si es mayor se utiliza el nomograma con desplazamientoslaterales.

Anlisis de 2 orden

Cuando las cargas axiales y momentos flexionantes se obtienen con un anlisis de 2 orden los momentos amplificados se obtendrn como:

Con el significado inicialmente dado, salvo que ahora:

PEse determina con k 1.0


73/92

En el diseo de miembros a flexocompresin debern considerarse los siguientes estadoslmites de falla:

Pandeo de conjunto de entrepiso por carga vertical. Pandeo individual de una o ms columnas bajo carga vertical. Inestabilidad de conjunto de un entrepiso, bajo cargas verticales y horizontales

combinadas. Falla individual de una o ms columnas, bajo cargas verticales y horizontales

combinadas; por inestabilidad o porque se acabe la resistencia de alguna de lassecciones extremas.Pandeo local.

DIMENSIONAMIENTO DE COLUMNAS QUE FORMAN PARTE DE ESTRUCTURASREGULARES:

Revisin de secciones extremas:

Secciones tipo 1 y 2:En cada uno de los extremos de la columna se deber satisfacer:

donde:

Muox = momento amplificado de diseo en torno al eje x.Muoy = momento amplificado de diseo en torno al eje y.Mpex = momento resistente de la seccin flexionada en torno a x considerando a PMpey = momento resistente de la seccin flexionada en torno a y considerando a P

Para secciones IR, IE, IS:

Para seccin OR cuadrada: Mpex = Mpey se determina con (1)

SECCION COEFICIENTE

IR, IS

OR cuadrada

Otras 1.0


74/92

Donde :Pu = fuerza axial de diseoLn(*) = logaritmo natural de *Mpx = momento plstico.

Py = carga elstica de plastificacin.FR= 0.90Mpx = Zx FyMpy = Zy FyPy = At FyP = Pu/FrPy

Para secciones tipo 3 y 4:

En cada uno de los extremos de columna deber satisfacerse la

condicin:

Siendo Mrx y Mry las resistencias a flexin para secciones 3 y 4(segn corresponda) para miembros soportados lateralmente.

REVISION DE COLUMNA COMPLETA:

Seccines tipo 1 y 2:

Se deber cumplir:

donde:

Mucx y Mucy Son los momentos resistentes de la columna flexionada en cada unade las secciones de los ejes ante la presencia de carga axial.


75/92

El pandeo se determina como:

Secciones

IR, IS, IE

OR cuadrada

Otras

donde:

B = ancho de los patinesP = peralte total de la seccin

NOTA: Muox* y Muoy* son los momentos mximos de diseo para la columnaalrededor de los ejes x y y respectivamente, aunque no se presenten en el mismoextremo de la columna.

Mm = momento resistente a flexin de la columna en torno al eje x,. Calculado para

flexin simple o bien calculado como (para secciones IE, IR, IS):

Calculada con las ecuaciones correspondientes segn sea soportada lateralmenteo no.

Secciones tipo 3 y 4:

Deber aplicarse la condicin:

siendo:Mrx y Mry las resistencias a flexin simple en torno a los ejes x y y respectivamente,de acuerdo a su longitud no soportada lateralmente.


76/92

DIMENSIONAMIENTO DE COLUMNAS QUE FORMAN PARTE DEESTRUCTURAS IRREGULARES

En todos los casos debern revisarse las secciones extremas y la columna completa ,

incluyendo efectos de segundo orden.

Revisin de secciones extremas:

Secciones 1 y 2 deber satisfacer:

Secciones tipo 3 y 4 deber cumplirse:

REVISION DE LA COLUMNA COMPLETA

Secciones 1 y 2 deber cumplirse:

Secciones 3 y 4 deber cumplirse:

Rc = resistencia a compresion de la columna.


77/92

DISEO DE MIEMBROS A FLEXOTENSION:

Para miembros de eje recto y seccin transversal constante con dos ejes de simetrasujeta simultneamente a tensin y flexin (flexotensin), deber satisfacer la condicinsiguiente:

Rt = resistencia a tensin.

CONEXIONES SOLDADASLa practica de la soldadura data de hace miles de aos , se sabe que en la antigua Greciase lograba la unin de piezas metlicas a travs del calor y golpes (forja) para obtenerpiezas compuestas con cierta resistencia mecnica.Se define a la soldadura como un proceso del cual se realiza la unin de partes metlicasmediante calentamiento para alcanzar un estado plstico con o sin el aporte de un materialadicional de refuerzo.

VENTAJAS DE LA SOLDADURA

El empleo de conexiones soldadas en vez de atornilladas o remachadas permite un

ahorro de material (hasta de un 15%). La soldadura requiere menos trabajo y por lo tanto menos personal que lacolocacin de remaches o tornillos (un soldador puede reemplazar una cuadrilla deremachadores).

La soldadura permite una gran variedad de conexiones, cosa que no se puede conremaches o tornillos.

Las conexiones soldadas son ms rgidas que las dems, lo cual permite unaverdadera continuidad en la transmisin de elementos mecnicos entre miembros.

Debido a la mayor resistencia del metal de aportacin las conexiones soldadaspermiten una gran resistencia a la fatiga.

Las estructuras soldadas pueden repararse muy fcilmente a diferencia del resto. Las conexiones soldadas han permitido la construccin de estructuras soldadas y

"limpias". Las conexiones soldadas permiten ajustes de proyecto ms fcilmente que en otro

tipo de conexiones. El trabajo de soldadura es silencioso comparado con el remachado. Hay un ahorro considerable en el clculo, detallado y montaje de las estructuras.

DESVENTAJAS:

Las conexiones rgidas puede n no ser ptimas en el diseo . La revisin de las conexiones soldadas no es muy sencillo con respecto al resto.


78/92

La creencia de la baja resistencia a la fatiga en conexiones soldadas (no se permitean en algunos puentes ferroviarios U.S.A).

El arco elctrico se forma al polarizar el metal base negativamente y el electrodopositivamente, al acercar el electrodo se forma el arco elctrico localizado en las zonasms prximas donde el metal base alcanza temperaturas de 3000 a 6000Cque derritentambin el acero del electrodo debido al campo electromagntico formado, el metal deaporte es forzado a depositarse en el metal base, por lo que es posible realizar soldadurascontra la gravedad a su vez el recubrimiento del electrodo formado por minerales inertes(rutilo) se funde y alcanza la superficie del material lquido que al enfriarse forma unacostra protectora de la soldadura mientras se enfra, el gas que se desprende del arco esparte debido al recubrimiento que forma una barrera protectora al depsito del metal paraevitar que se mezcle con aire (hidrgeno) y quede porosa la soldadura.

Una vez enfriado el cordn, es necesario retirar la "cscara", para revisar o bien paraaplicar un siguiente cordn.


79/92

CLASIFICACION DE LA SOLDADURA

POR SU TIPO:

FILETE: el cordn est formado en su seccin transversal por un ngulo diedroEste tipo de soldadura sirve para unir dos piezas no alineadas entre s; y por sereste caso muy comn en la conexin de miembros estructurales, se emplea en el80 % de los casos.

SOLDADURAS DE PENETRACION (RANURA): Se obtienen depositando metal deaportacin entre los bordes de dos placas que pueden estar alineadas en el mismoplano.

PENETRACION PARCIAL: cuando la soldadura no penetra totalmente las placas, ocuando una placa es ms delgada que la otra.

PENETRACION COMPLETA: cuando la soldadura atraviesa todo el espesor de las

placas (iguales).


80/92

Esta soldadura se prefiere cuando las placas o elementos planos deben quedar enel mismo plano.Son aproximadamente el 15 % de las estructuras metlicas.

SOLDADURAS DE TAPON Y RANURA: se hacen en placas traslapadas,rellenando por completo con metal de aportacin un agujero circular (tapn) oalargado (ranura) hecho en una de ellas y teniendo como fondo la otra placa.

Se emplean cuando la longitud de filete no es suficiente para proporcionar toda laresistencia de la conexin. Forman aproximadamente el 5 % de las estructuras metlicas.


81/92

CLASIFICACION POR SU POSICION:

CLASIFICACION POR ENSAMBLE


82/92

SIMBOLOGIA PARA UNIONES SOLDADAS AWS


83/92

DIMENSIONES EFECTIVAS DE SOLDADURAS

El rea efectiva de las soldaduras de penetracin o de filete es el producto de su

longitud efectiva por la garganta efectiva. El rea efectiva de soldaduras de tapn o de ranura es el rea de la seccin

transversal nominal del tapn o ranura, medida en el plano de falla. La longitud efectiva de una soldadura a tope entre 2 piezas es el ancho de la pieza

ms angosta, an en el caso de soldaduras inclinadas respecto al eje de la pieza. La longitud efectiva de una soldadura de filete es la longitud total del filete

incluyendo retornos. Si el filete esta en un agujero circular o ranura la longitud serla del eje del cordn trazado por el centro del plano de la garganta, pero el reaefectiva no ser mayor que el rea nominal del agujero o ranura medida en el planode falla.

RESISTENCIA DE DISEO DE LAS SOLDADURAS

La resistencia de diseo de las soldaduras es igual al menor de los siguientes resultados:

donde:FMB= resistencia nominal del metal baseFS= resistencia nominal del metal de aporte (electrodo)

Tabla 5.2.3

Las soldaduras utilizadas en estructuras debern resistir gran nmero de repeticiones decarga durante su vida til, y se disearan tomando en cuenta la posibilidad de falla porfatiga.


84/92

Resistencia De Diseo

Tipo de soldadura Material FR FMBo FS Nivel de

resistenciarequerido

Soldadura tipo filete

Metalbase*

----- ------ Puede usarsesoldadura deresistenciaigual o menorque lacompatiblecon el metal

base

Electrodo 0.75 0.6 FEXX El diseo delmetal basequeda regidode acuerdo alcasoparticular, que

est sufriendode acuerdo alas NTC

Metal base 0.90 Fy

Soldadura de penetracincompleta

Metal base 0.90 Fy Debe usarsesoldaduracompatiblecon el metalbase (E60,E70)


85/92

Metal base 0.90 Fy Puede usarsesoldadura deresistencia

igual o menorque lasoldaduracompatiblecon el metalbase

Metal base 0.90 Fy

Metalbase

Electrodo

0.90

0.80

0.60 Fu

0.60FEXX

Soldadura de penetracin parcial

Metal base

Electrodo

0.90

0.80

Fy

0.60FEXX

Puede usarse

soldadura deresistenciaigual o menora la delelectrodocompatible almetal base

Metal base 0.90 Fy

Metal base 0.90 Fy * De acuerdoa la conexinque soporte elmaterial sediseara deacuerdo a lasNTC


86/92

Metalbase*

Electrodo

0.75 0.60FEXX

Soldadura de tapn o ranura

Metalbase*

Electrodo

0.75 0.60FEXX

Puede usarsesoldadura conresistenciaigual o menorque el del

electrodocompatiblecon el metalbase

Consultar en las NTC-Metlicas las tablas 5.2.7 y tabla 5.2.3

Calcular la resistencia de la siguiente soldadura

Garganta efectiva = 0.34 cmLongitud efectiva = 50 cmArea efectiva = 17 cm2

kg/cm2

kg

kg


87/92

TORNILLOS DE ALTA RESISTENCIA

Los tornillos deben satisfacer alguna de las siguientes normas ASTM-325 o ASTM-490.Todos los tornillos A-325 o A-490 deben apretarse hasta que haya en ellos una tensinmayor o igual a la siguiente tabla.

Toneladas (mtricas)

tornillo A-325 A-440

5.4 6.8

5/8 8.6 10.9 12.7 15.9

7/8 17.7 22.2

1 23.1 29.0

1 1/8 25.4 36.3

1 32.2 46.3

1 3/8 38.6 54.9

El fuste es el que da la medida.

Tanto la tuerca como el tornillo deben ser de alta resistencia, para que sirva la conexin.

El apriete puede realizarse utilizando medidores de tensin o usando llaves calibradas.

* Area efectiva al aplastamiento de tornillos es igual a: (Aeap)


88/92

donde:d = dimetro del fuste.Lap = longitud de aplastamiento (grueso de la placa donde se aloja).

Resistencia de diseo de tornillos (RT).

donde:

FR= factor de resistencia.Af = rea transversal nominal del fuerte.

Los factores de resistencia y las resistencias nominales se dan en la siguiente tabla.

Los tornillos que trabajan en tensin directa, se dimensionaran de manera que suresistencia requerida promedio, calculada con el dimetro nominal y sin considerartensiones producidas en el apriete, no excedan la resistencia de diseo. La fuerzaaplicada en el tornillo ser igual a la suma de las provocadas por las fuerzas externasfactorizadas ms las tensiones producidas por la seccin de palanca debido a ladeformacin de las partes conectadas.


89/92

Elementos deunin

Resistencia a la tensin Resistencia a cortante

FR Rn (kg/cm ) FR Rn (kg/cm )

T. A-307 0.75 3160( ) 0.6 1900( , )

T. A-325 roscadentro delplano de corte

0.75 6330 0.65 3800(3)

T. A-325 roscafuera del planode corte

0.75 6330 0.65 8060( )

T. A-490 rosca

dentro delplano de corte

0.75 7900 0.65 4750( )

T. A-490 roscafuera del planode corte

0.75 7900 0.65 6330(3)

Carga elstica nicamente. Se permite que la rosca est en el plano de corte. Cuando para unir miembros en tensin se emplean conexiones por aplastamiento

con tornillos colocados en una longitud medida paralelamente en direccin de la

fuerza > de 125 cm los valores se reducen en un 20 %.

Determine la resistencia de la conexin siguiente:


90/92

A tensinFR= 0.75Rn = 7900 kg/cm2RT= 16,886.25 kg/cm

2Af = 2.85 cm2Pu = 1.4 * 1000 Pu = 14000 kg

RT> Pu se aceptaApriete de 15.9 ton.

Determine la resistencia de la conexin siguiente:

Af = 5.07 cm2FR= 0.65 Rn = 3800 kg/cm2

consideraremos un tornillo que quede la cuerda fuera del plano de corte

Mejor despejamos el rea necesaria

cm2esta rea casi equivale a un tornillo de 1 1/8"Af = 6.42 cm2Rn = 5060 kg/cm2FR= 0.65

se acepta este tornillo


91/92

Contenido

1. Primeros usos del hierro y del acero. Fabricacion del acero..

2. Ventajas y Desventajas del acero estructural..

3. Relacion esfuerzo deformacion del acero. Aceros estructurales..

4. Proyecto estructural. Especificaciones y codigos. Cargas: Muertas, vivas, viento,sismo..

5. Metodos de diseo. Diseo plastico. Factores de carga. Factores de resistencia.

Reglamento LRFD, NTC..

6. Secciones de perfile

Documents

Contenido Teorico - Curso Est Metalica