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7/18/2019 Perfiles Delgados.ppt
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Perfiles Delgados
Ricardo Herrera Mardones
Departamento de Ingeniería Civil, Universidad de Chile
Santiago, Chile
Marzo de 2!"la#oraci$n, g%i$n & loc%ci$n a cargo del Dpto' de Ingeniería Civil de la Universidad de Chile con
coordinaci$n del Ing' Ricardo Herrera
7/18/2019 Perfiles Delgados.ppt
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CONTENIDOPerfiles delgados
1. Introducción2. Usos de perfiles delgados
3. Comportamiento
. Dise!o
". Cone#iones
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DE$INICION1. Introducción
%e denomina &perfiles delgados' a a(uellosperfiles formados por plegado deplanc)as de acero a temperarura
am*iente en una sección (ue resiste m+scarga (ue la planc)a de acero.
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TIPO% DE ,CE-O1. Introducción
-ecomenda*le usar aceros/ 0alania*les/ $ 4 25673"6 8Pa
/ εu 9 16:/ $u;$ 9 1.1
E<emplos
= ,%T8 ,3>? ,"66? ,"@6? ,"@2? ,>6@? ,>11? ,>"3? ,@A2
σ
εRango el(stico
Rango pl(stico
εu
)&d
)&
)%
"
#
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$,B-IC,CIONP-OCE%O%
1. Introducción
/ aminado en fro
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$,B-IC,CIONP-OCE%O%
1. Introducción
/ Plegado
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$,B-IC,CIONP-OCE%O%
1. Introducción
/ Conformado en prensa
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$,B-IC,CIONE$ECTO%
1. Introducción
/ ,umento de $/ Disminución de ductilidad
/ ,umento de $u
Dependen de = -adio de plegado
= Espesor de planc)a
= Tipo de acero = Proceso de
fa*ricación
σ
εRango el(stico
Rango pl(stico
εu
)&d
)&s
)%
"
#
#
Desp%*s de formado en frío
Strain aging
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ENT,F,%1. Introducción
/ Optimiacion de secciones/ Buena resistencia a la corrosión
/ Buena apariencia
/ ,decuada aislación tGrmica acHstica/ 8Gtodos de fi<ación simples
/ ,lta relación resistencia;peso
/ Permite prefa*ricación
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P-ODUCTO%TIPICO%
1. Introducción
/ Elementos lineales
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P-ODUCTO%TIPICO%
1. Introducción
/ Elementos planos
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EE8ENTO%P,NO%
2. Usos de perfiles delgados
Cubierta de techo Cubierta de piso
Cubierta de muroLosa mixta
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2. Usos de perfiles delgados
/ Edificios industriales
EE8ENTO%INE,E%
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2. Usos de perfiles delgados
/ iiendas steel framingJ
EE8ENTO%INE,E%
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2. Usos de perfiles delgados
/ Estanteras
EE8ENTO%INE,E%
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C,-,CTE-I%TIC,%P,-TICU,-E%
3. Comportamiento
/ *;t relatiamente altas./ Partes de secciones sin rigidiar oincompletamente empotradas.
/ Uno o ningHn e<e de simetra./ Imperfecciones geomGtricas 9 t.
/ Imperfecciones estructurales inducidas
por fa*ricación.
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CON%IDE-,CIONE%DE DI%EKO
3. Comportamiento
/ Pandeo local resistencia postLpandeo./ Pandeo por torsión por fle#ión./ Pandeo local esta*ilidad general.
/ Efectos de tensiones residuales aria*lesso*re la sección./ Efecto de cargas concentradas
/ Cone#iones/ Corrosión/ Capacidad de deformación inel+stica
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3. Comportamiento
/ Pandeo local = Tensión el+stica de pandeo
donde
k constante (ue depende de tipo de tensión condiciones de apoo.
µ módulo de Poisson.
( )( ) 22
2
112 t w
E k F
cr µ
π
−= w
t
σ
σ
CON%IDE-,CIONE%DE DI%EKO
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3. Comportamiento
/ Pandeo local
,poo simple Empotramiento
k 4
k 4 >.A@
k 4 6.2"76.>@"
k 4 1.2@
k 4 23.A
k 4 @.51
k 4 6."@
k 4 ".3"7A.3"
CON%IDE-,CIONE%DE DI%EKO
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3. Comportamiento
/ -esistencia postLpandeo
a) Elementos atiesados b) Elementos no atiesados
CON%IDE-,CIONE%DE DI%EKO
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CON%IDE-,CIONE%DE DI%EKO
3. Comportamiento
/ Pandeo local resistencia postLpandeo
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3. Comportamiento
/ -esistencia postLpandeo = ,nc)o efectio on Marman? 1A32J/ Compresión uniforme
/ Placa atiesada
/ %in imperfeccionesPlaca falla cuando
Entonces
( )( )22
2
112 t b
E k F
ef
yν
π
−=
y
cr ef
F
F
w
b=
CON%IDE-,CIONE%DE DI%EKO
w
t
σ
σ
bef /2bef /2
C
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3. Comportamiento
/ -esistencia postLpandeo = ,nc)o efectio/ Efecto de imperfecciones inter? 1A@J
= Elementos atiesados
= Elementos no atiesados
−=
y
cr
y
cr ef
F
F
F
F
w
b22.01
−=
y
cr
y
cr ef
F
F
F
F
w
b298.0119.1
=> (AISI)
CON%IDE-,CIONE%DE DI%EKO
3 C i CO % C O %
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3. Comportamiento
/ -esistencia postLpandeo = ,nc)o efectio/ 0radiente de tensiones
= Elementos atiesados
= Elementos no atiesados
CON%IDE-,CIONE%DE DI%EKO
3 C t i t CON%IDE-,CIONE%
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3. Comportamiento
/ -esistencia postLpandeo = ,nc)o efectio/ Efecto de atiesadores
CON%IDE-,CIONE%DE DI%EKO
CON%IDE-,CIONE%3 C t i t
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CON%IDE-,CIONE%DE DI%EKO
3. Comportamiento
/ Pandeo por torsión por fle#ión el+sticoJ
a) Carga axial b) Flexión
CON%IDE-,CIONE%3 C t i t
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CON%IDE-,CIONE%DE DI%EKO
3. Comportamiento
/ Pandeo por torsión por fle#ión el+sticoJ = Carga a#ial encontrar A1? A2 A3 tales (ue
donde
( )
( )( ) 0
0
0
3
2
02010
302
301
=−++−=−−
=−−
A P P r A x P A y P A x P A P P
A y P A P P
et ee
eeex
eeey
2
2
L EI P x
ex π = 2
2
L EI P y
ey π = += 2
2
2
0
1GJL EC
r GJ P w
t π
2
0
2
0
2
0 y x A
I I r
y x +++
=
CON%IDE-,CIONE%3 C t i t
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CON%IDE-,CIONE%DE DI%EKO
3. Comportamiento
/ Pandeo por torsión por fle#ión el+sticoJ = Carga a#ial resoler
/ 1 e<e de simetra e<e x: y0 = 0J
( ) ( ) ( )[ ]
( ) 020
20
2
0
2
0
2
0
22
0
2
0
2
0
3
=−+++
+−++−−−
r P P P r P P P P P P P
y P x P r P P P P y xr P
t eyexext t eyeyexe
exeyt eyexee
eye P P =1
( ) ( ) ( )( )( )( )2
00
2
00
2
3,212
14
r x
r x P P P P P P P
ext t ext ex
e −
−−+±+=
CON%IDE-,CIONE%3 C t i t
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CON%IDE-,CIONE%DE DI%EKO
3. Comportamiento
/ Pandeo por torsión por fle#ión el+sticoJ = Carga a#ial/ Do*le simetra o simetra puntual x0, y0 = 0J
exe P P =1
eye P P =2
t e P P =3
CON%IDE-,CIONE%3 C t i t
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CON%IDE-,CIONE%DE DI%EKO
3. Comportamiento
/ Pandeo local esta*ilidad general = Pandeo distorsional
a) Carga axial b) Flexión
CON%IDE-,CIONE%3 C t i t
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CON%IDE-,CIONE%DE DI%EKO
3. Comportamiento
/ Pandeo local esta*ilidad general = %ección efectia
a) Carga axial b) Flexión
CON%IDE-,CIONE%3 C t i t
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CON%IDE-,CIONE%DE DI%EKO
3. Comportamiento
/ Efectos de tensiones residuales aria*lesso*re la sección
,I%I
( )m yc
ct r
F B
f =
068.0192.0
79.1819.069.3
2
−
=
−
−
=
y
u
y
u
y
uc
F
F m
F
F
F
F B
CON%IDE-,CIONE%3 Comportamiento
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CON%IDE-,CIONE%DE DI%EKO
3. Comportamiento
/ Efecto de cargas concentradas
CON%IDE-,CIONE%3 Comportamiento
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CON%IDE-,CIONE%DE DI%EKO
3. Comportamiento
/ Cone#iones = %oldadas/ Diferencias significatias en espesor de partes.
/ Uso de soldaduras en es(uinas curas.
/ $alla del material *ase? por lo general. = ,pernadas
/ Controladas por aplastamiento.
= ,tornilladas/ Tornillo autoperforante es lo m+s comHn./ Controladas por arrancamiento del tornillo o rotura del
material *ase.
CON%IDE-,CIONE%3 Comportamiento
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CON%IDE-,CIONE%DE DI%EKO
3. Comportamiento
/ Corrosión = Depende del tipo de tratamiento protectorgalaniado? pinturaJ.
= ,plicado a planc)a antes de formado.
/ Capacidad de deformación inel+stica = 8u limitada por proceso de formado
DI%PO%ICIONE% Dise!o
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DI%PO%ICIONE%DE DI%EKO
. Dise!o
Especificación ,I%I 2661 &Nort) ,merican %pecification fort)e Design of ColdL$ormed %teel %tructural 8em*ers'?
,I%I;CO%;N,%PEC 2661./ 8Gtodos de dise!o
u φ -n -$DJ ó -n;Ω ,%DJ
donde 4 ,cción de dise!ou 4 ,cción de dise!o maorada
-n 4 -esistencia nominal
φ 4 $actor de reducción de resistenciaΩ 4 $actor de seguridad
T-,CCION Dise!o
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T-,CCION. Dise!o
/ Dise!o controlado por = $luencia de la sección *ruta.
=$ractura de la sección neta le<os de lacone#ión.
= $ractura en la cone#ión
Dise!o T-,CCION
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. Dise!o
/ $luencia de la sección *rutaφ c 4 6.A6 -$DJ Ω c 4 1.>@ ,%DJ
/ $ractura le<os de la cone#iónφ c 4 6.@" -$DJ Ω c 4 2.66 ,%DJ
A g +rea *ruta? An +rea neta
T-,CCION-E%I%TENCI, NO8IN,
g yn A F P =
nun A F P =
CO8P-E%ION Dise!o
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CO8P-E%ION. Dise!o
/ Dise!o controlado por = Pandeo local resistencia postLpandeo de loselementos de la sección atiesados noatiesadosJ.
= Pandeo glo*al en fle#ión? torsión o fle#oLtorsión del miem*ro.
CO8P-E%ION Dise!o
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CO8P-E%ION ,NCQO E$ECTIO
. Dise!o
/ Elementos atiesados = Compresión uniforme
( )
>−
≤
= 673.022.01
673.01
λ λ λ
λ
ρ
cr F
f =λ
wb ρ =
( )( ) 22
2
112 t w
E k F cr µ π
−=
Dise!o CO8P-E%ION
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. Dise!o
/ Elementos atiesados = Efecto de atiesadores• w/t ≤ 0.328S :
• w/t > 0.328S :
f
E S 28.1=
', s s d d wb ==
121 ,2
bbb Rb
b I −==
<<≤+
−
≤≤+=
8.025.0443.05
82.4
25.0443.057.3
w Rw
w R
k n
I
n
I
I s s Rd d wb ', == ρ
CO8P-E%ION ,NCQO E$ECTIO
Dise!o CO8P-E%ION
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. Dise!o
/ Elementos atiesados = Efecto de atiesadores
1≤= ! s I I I R
+≤
−= 5115328.0399 4
3
4
S
t wt
S
t wt I !
3
1
4582.0 ≥
−=S
t wn
CO8P-E%ION ,NCQO E$ECTIO
Dise!o CO8P-E%ION
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. Dise!o
/ Elementos atiesados = 0radiente de tensiones f 1 compresión?f 2 tracciónJ
/ )6;*6
/ )6;*6 R
( ) ( )ψ ψ ++++= 12124 3
k
≤− >=
236.0236.02
1
2ψ ψ
s"bb s"bb
e
e
( )ψ += 31 ebb
( ) 12 1 bbb e −+= ψ
w f f be )( 1== ρ
CO8P-E%ION ,NCQO E$ECTIO
1
2
f
f =ψ
Dise!o CO8P-E%ION
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. Dise!o
/ Elementos atiesados = 0radiente de tensiones f 1? f 2 compresiónJ
12 bbb e −=
( ) ( )ψ ψ −+−+= 12124 3
k
( )ψ −= 31 ebb
w f f be )( 1== ρ
CO8P-E%ION ,NCQO E$ECTIO
Dise!o CO8P-E%ION
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. Dise!o
/ Elementos no atiesados = Compresión uniforme
= 0radiente de tensiones
43.0=k
43.0=k
w f f b )( 3== ρ
CO8P-E%ION ,NCQO E$ECTIO
Dise!o CO8P-E%ION
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. Dise!o
φ c 4 6.5" -$DJ Ω c 4 1.56 ,%DJ
Ae +rea efectia
= Pandeo El+stico
= Pandeo Inel+stico
-E%I%TENCI, NO8IN,
y
c
nc F F 2
877.0:5.1
λ λ =>
enn A F P =
Dise!o CO8P-E%ION
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. Dise!o
/ Tensión de pandeo el+stico = %ecciones con do*le simetra simetrapuntual
-E%I%TENCI, NO8IN,
( )
+=
2
2
2
0
1
t t
wt
L #
EC GJ
Ar
π σ
( ) 22
x x x
exr L #
E π σ =
( )2
2
y y yey r L #
E π
σ =
( )t eyexe F σ σ σ ,,min=
Dise!o CO8P-E%ION
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. Dise!o
/ Tensión de pandeo el+stico = %ecciones con monosimetra
= %ecciones asimGtricas determinar F e dean+lisis o ensaos.
-E%I%TENCI, NO8IN,
( ) ( ) −+−+= t ext ext exeye F σ βσ σ σ σ σ β σ 42
1,min
2
( )( )2
001 r x−=β
Dise!o $ESION
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. Dise!o
/ Dise!o controlado por = $luencia en fle#ión de la sección.
= Pandeo glo*al en fle#oLtorsión olcamientoJdel miem*ro.
= Pandeo local resistencia postLpandeo de loselementos de la sección atiesados noatiesadosJ.
= $luencia ;o pandeo del alma *a<o corte. = ,plastamiento del alma.
Dise!o $ESION
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. Dise!o
/ $luencia en fle#ión de la sección = %ecciones con alas comprimidas atiesadas
φ * 4 6.A" -$DJ Ω * 4 1.>@ ,%DJ
=%ecciones con alas comprimidas noatiesadas
φ * 4 6.A6 -$DJ Ω * 4 1.>@ ,%DJ
= Basada en la primera fluencia
donde S e módulo el+stico de sección efectia
-E%I%TENCI, NO8IN,
e yn S F $ =
Dise!o $ESION
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. Dise!o
/ $luencia en fle#ión de la sección = Basada en la resera de capacidad inel+stica
donde
C y factor de deformación de compresión
-E%I%TENCI, NO8IN,
( )( ) y yce yn C $ S F $ ε ε == max,25.1min
E F y y =ε
Dise!o $ESION
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. Dise!o
/ $luencia en fle#ión de la sección = Basada en la resera de capacidad inel+stica/ $actor de deformación de compresión
= Elementos atiesados solo en los *ordes
= Elementos no atiesados elementos atiesados con atiesadoresmHltiples
-E%I%TENCI, NO8IN,
1= yC
C y3
1
0 λ 1 λ 2
w/t
2
E F y11.1
1 =λ
E F y
28.12 =λ
Dise!o $ESION
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. Dise!o
/ $luencia en fle#ión de la sección = Basada en la resera de capacidad inel+stica
,plica*le si/ Torsión olcamiento restringidos
/ $ sin efecto de formado en fro/ c;t λ1
/ ;tJ 6.3"$ ,%DJ ó 6.>6$ -$DJ
/ Inclinación almas 36
-E%I%TENCI, NO8IN,
Dise!o $ESION
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. Dise!o
/ olcamiento = %ecciones a*iertas con do*le o monosimetra simetra puntual
φ * 4 6.A6 -$DJ Ω * 4 1.>@ ,%DJ
donde
S c módulo el+stico respecto de la fi*rae#trema comprimida a F c
-E%I%TENCI, NO8IN,
ccn S F $ =
Dise!o $ESION
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. Dise!o
/ olcamiento = %ecciones a*iertas con do*le o monosimetra simetra puntual
-E%I%TENCI, NO8IN,
≤
>>
−
≥=
yee
ye y
e
y
y
ye y
c
F F F
F F F F
F F
F F F
F
56.0
56.078.236
101
9
1078.2
Dise!o $ESION
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. Dise!o
/olcamiento = %ecciones a*iertas con do*le o mono
simetra simetra puntual/ $le#ión en torno al e<e de simetra
/ $le#ión perpendicular al e<e de simetra
-E%I%TENCI, NO8IN,
t ey
f
be
S Ar C F σ σ 0=
( )
++= ext S
f %F
exS e r &C &
S C
AC F σ σ
σ 2
0
2
Dise!o $ESION% % C O
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. Dise!o
/olcamiento = %ecciones a*iertas con do*le o mono
simetra simetra puntual
-E%I%TENCI, NO8IN,
C B A
b $ $ $ $
$ C
3435.2
5.12
max
max
+++
=
2
14.06.0 $
$ C %F −= [ ] 0
23
2
1 xdA xydA x
I &
A A y
−+= ∫ ∫
. Dise!o $ESION-E%I%TENCI, NO8IN,
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. Dise!o
/%ecciones cerradas
= * u resistencia de la sección
= * R u olcamiento con
-E%I%TENCI, NO8IN,
y
f y
bu EGJI
S F
C L
π 36.0=
y
f y y
be EGJI
S L #
C F
π =
. Dise!o $ESION-E%I%TENCI, NO8IN,
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. Dise!o
/$luencia ;o pandeo del alma *a<o corteφ 4 6.A" -$DJ Ω 4 1.>6 ,%DJ
-E%I%TENCI, NO8IN,
( )( )
>−
≤<
≤
=
y
''
y
'
y
' y'
y
' y
'
F
Ek t (
t (
Ek
F
Ek t (
F
Ek
t (
F Ek
F
Ek t ( F
F
51.1112
51.16.0
6.0
22
2
µ
π
'wn F A) =
. Dise!o $ESION-E%I%TENCI, NO8IN,
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. Dise!o
/ ,plastamiento del alma
φ T? Ω T ?C ? C h?C N ? C R aria*les segHn elelemento
-E%I%TENCI, NO8IN,
−
+
−=
t
(C
t
* C
t
RC F Ct P ( * R yn 111sin
2 θ
. Dise!o $ESION-E%I%TENCI, NO8IN,
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. Dise!o
/ ,plastamiento del almaVfle#ión = Elementos con un alma
= Elementos con mHltiples almas
-E%I%TENCI, NO8IN,
42.107.1 ≤
+
n+b
u
nw
u
$
$
P
P
φ φ
32.182.0 ≤
+
n+b
u
nw
u
$
$
P
P
φ φ
. Dise!o E%$UE-WO% CO8BIN,DO%$ESION X CO-TE
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. Dise!o
/ igas no reforadas
/ igas con atiesadores cumplir adem+s
donde $ n+resistencia por fluencia de la sección
$ESION X CO-TE
0.1
22
≤
+
n'
u
n+b
u
)
)
$
$
φ φ
3.16.0 ≤
+
n'
u
n+b
u
)
)
$
$
φ φ
5.0>n+b
u
$ $ φ
7.0>n'
u
) ) φ
. Dise!o E%$UE-WO% CO8BIN,DO%$ESION X E%$UE-WO ,SI,
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. Dise!o
/$le#ión Tracción
/ $le#ión Compresión
$ESION X E%$UE-WO ,SI,
0.1≤−+nt
u
nyb
uy
nxb
ux
P
P
$
$
$
$
φ φ φ 0.1≤++
nt
u
y fyt b
uy
y fxt b
ux
P
P
F S
$
F S
$
φ φ φ
0.1≤++n+c
u
nyb
uy
nxb
ux
P
P
$
$
$
$
φ φ φ 0.1≤++
nc
u
ynyb
uymy
xnxb
uxmx
P
P
$
$ C
$
$ C
φ α φ α φ
y x" A
P
e"
u" ,1 =−=
σ α
−=
214.06.0
85.0
$ $ C m"
!n "#as$a%i&n
Sin "#as$a%i&n
( ) ynnn+ F F P P ==
". Cone#iones TIPO% DE UNIONE%
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". Cone#iones
/Uniones con conectores mec+nicos = Uniones apernadas
= Uniones atornilladas
= Uniones remac)adas
/ Uniones soldadas = %oldadura al arco
= %oldadura por resistencia
CONECTO-E%8ECYNICO%". Cone#iones
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8ECYNICO%" Co e o es
/Tornillos
CONECTO-E%8ECYNICO%". Cone#iones
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8ECYNICO%
/-emac)es
". Cone#iones CONECTO-E%8ECYNICO%
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/Tipos de falla corteJ
8ECYNICO%
". Cone#iones CONECTO-E%8ECYNICO%
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/ Tipos de falla tracciónJ
8ECYNICO%
". Cone#iones CONECTO-E%8ECYNICO%
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/ Tipos de falla
8ECYNICO%
". Cone#iones %OD,DU-,
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/ %oldadura al arco = %8, %)ielded 8etal ,rc eldingJ
= 08, 0as 8etal ,rc eldingJ
= $C, $lu# Core ,rc eldingJ
= %, %u*merged ,rc eldingJ
". Cone#iones %OD,DU-,
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/ %oldadura por resistencia elGctrica
". Cone#iones %OD,DU-,
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/ Tipos de falla corteJ