ventajas y desventajas del acero estructural

DISEÑO DE ESTRUCTURAS DE

ACERO

INFORMACIÓN TOMADA DE: DISEÑO DE ESTRUCTURAS DE ACERO MÉTODO LRFD-McCormac

La supuesta perfección de este metal, tal vez el más versátil de todos los materiales, parece mas razonable cuando se considera su gran resistencia, poco peso, facilidad de fabricación y otras propiedades convenientes.

VENTAJAS DEL ACERO COMO MATERIAL ESTRUCTURAL


1.Alta resistencia: La alta resistencia del acero por unidad de peso implica que será poco el peso de las estructuras; esto es de gran importancia en puentes de grandes claros, en edificios altos y en estructuras con malas condiciones de cimentación




Akashi-Kaikyo (Kobe, Japón)

"También conocido como el Puente de las Perlas, tiene la mayor central período de un puente colgante , a 1.991 metros (6.532 pies). Se encuentra en Japón y se terminó en 1998." http://www.taringa.net/posts/info/10240509/50-Puentes-mas-bellos-del-mundo.html

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2. Uniformidad: Las propiedades del acero no cambian apreciablemente con el tiempo como es el caso de las estructuras de concreto reforzado



3. El acero se acerca mas en su comportamiento a la hipótesis de diseño que la mayoría de los materiales, gracias a que sigue la ley de Hooke hasta esfuerzos bastante altos. Los momentos de inercia de una estructura de acero pueden calcularse exactamente,



Continua…en tanto que los valores obtenidos para una estructura de concreto reforzado son relativamente imprecisos.



En física, la ley de elasticidad de Hooke o ley de Hooke, originalmente formulada para casos del estiramiento longitudinal, establece que el alargamiento unitario que experimenta un material elástico es directamente proporcional a la fuerza aplicada F:


http://es.wikipedia.org/wiki/F%C3%ADsica



La ley de Hooke describe cuanto se alargará un resorte bajo una cierta fuerza.


siendo ∂ el alargamiento, L la longitud original, E : módulo de Young, A: la sección transversal de la pieza estirada. La ley se aplica a materiales elásticos hasta un límite denominado límite elástico.


http://es.wikipedia.org/wiki/M%C3%B3dulo_de_Young

http://es.wikipedia.org/wiki/L%C3%ADmite_de_elasticidad


4. Ductilidad: Si el mantenimiento de las estructuras de acero es adecuado duraran indefinidamente. Investigaciones realizadas en los aceros moderno, indican que bajo ciertas condiciones no se requiere ningún mantenimiento a base de pintura.




El rascacielos uno de los más antiguo del mundo que sigue en pie.

El Park Row Building de Manhattan,New York desde 1899,alzando sus 118 metros de alturahttp://www.skyscrapercity.com/showthread.php?t=352220

http://www.skyscrapercity.com/showthread.php?t=352220

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http://es.wikipedia.org/wiki/Home_Insurance_Building

El Home Insurance Building fue construido en 1885 por William Le Baron Jenney en Chicago, con una altura de 42 metros. Fue el primer rascacielos por el uso de acero estructural en el mundo. Fue construido entre los años 1884 y 1885. Fue demolido en el año 1931. El edificio constaba de tan solo 10 pisos.Demolición

http://es.wikipedia.org/wiki/Home_Insurance_Building

http://es.wikipedia.org/wiki/1885

http://es.wikipedia.org/wiki/William_Le_Baron_Jenney

http://es.wikipedia.org/wiki/William_Le_Baron_Jenney

http://es.wikipedia.org/wiki/Chicago

http://es.wikipedia.org/wiki/Rascacielos

http://es.wikipedia.org/wiki/Acero



http://jazminloboc.blogspot.com/2008/08/edificio-metlico-costa-rica.html

El Edificio Metálico.

Esta maravilla de la arquitectura se encuentra localizada en San José, la capital de Costa Rica. El Parque Morazán se encuentra situado justo al lado del Edificio Metálico, proporcionando un bello contraste entre la fuerza de la naturaleza y la maravilla de la creación humana.

http://jazminloboc.blogspot.com/2008/08/edificio-metlico-costa-rica.html



El Edificio Metálico fue fabricado en Bélgica en 1890 y transportado hasta Costa Rica en 1892. Fue ensamblado y terminado en 1896. Hoy en día una obra tal tendría un costo prohibitivo.


5.Ductilidad:Es la propiedad que tiene un material de soportar grandes deformaciones sin fallar bajo altos esfuerzos de tensión.



Cuando se prueba a tensión un acero con bajo contenido de carbono, ocurre una reducción considerable de la sección transversal y un gran alargamiento en el punto de falla, antes de que se presente la fractura.




En este ensayo se aplica a la probeta una velocidad de alargamiento constante. Se trata de un ensayo destructivo.Se definen la tensión convencional o ingenieril como: σ =F/A0 (siendo F la fuerza de rotura) y el alargamiento convencional o ingenieril como: σ= ΔL/L0 .En la zona lineal inicial del gráfico se cumple que σ=Eε (siendo E el módulo de elasticidad o de Young del material).


Un material que no tenga esta propiedad probablemente será duro y frágil y se romperá al someterlo a un golpe repentino.

En miembros estructurales sometidos a cargas normales se desarrollaran altas concentraciones de esfuerzos en varios puntos.




El vidrio es un material duro, frágil y transparente. A pesar de comportarse como sólido, es un lí quido sobreenfriado, amorfo (sin estructura cristalina).

http://www.arqhys.com/tutoriales/2007/08/vidrio-en-las-construcciones.html




La naturaleza dúctil de los aceros estructurales comunes les permite fluir localmente en esos puntos, evitándose así fallas prematuras.

Una ventaja adicional de las estructuras dúctiles es que, al sobrecargarlas, sus grandes deflexiones ofrecen evidencia visible de la inminencia de la falla.



6. Tenacidad: Los aceros estructurales son tenaces, es decir, poseen resistencia y ductilidad. Un miembro de acero cargado hasta que se presenten grandes deformaciones será aún capaz de resistir grandes fuerzas.




Tensión: Esfuerzo a que esta sometido un cuerpo por las aplicaciones de dos fuerzas que actúan en sentido opuesto y tienden a estirarlo

COMPRESION:Un cuerpo está sometido a un esfuerzo de compresión, cuando sobre él actúan dos fuerzas con direcciones opuestas, de manera que lo chafan. Cogemos la goma por cada extremo e intentamos chafarla. Ejemplos de compresión existen muchísimos, las patas de la silla en la que estás sentado, o en el cilindro que existe entre el asiento y las ruedas, las paredes y columnas que sostienen las casas.

http://vivesoldando-camilo.blogspot.com/2010/06/geometria.html





TORSION:Un cuerpo está sometido a un esfuerzo de torsión, cuando al menos en uno de sus extremos actúa una fuerzo que hace rotar la pieza sobre su propio eje. Este es un esfuerzo algo más complicado de ver en nuestro día a día, aunque por supuesto está presente siempre; los ejemplos más típicos de torsión, lo encontramos en cualquier eje de elemento o máquina, el mas cercano lo tenemos cuando giramos el pomo de una puerta para abrirla



Flexión: Tipo de deformación que presenta un elemento estructural alargado en una dirección perpendicular a su eje longitudinal. El término “alargado” se aplica cuando una dimensión es dominante frente a las otras. Un caso típico son las vigas, las que están diseñas para trabajar, principalmente, por flexión. Igualmente, el concepto de flexión se extiende a elementos estructurales superficiales como placas o láminas.






CIZALLAMIENTO:Se produce cuando se aplican fuerzas perpendiculares a la pieza, haciendo que las partículas del material tiendan a resbalar o desplazarse las unas sobre las otras. Al cortar con unas tijeras un papel estamos provocando que unas partículas tiendan a deslizarse sobre otras. Los puntos sobre los que apoyan las vigas están sometidos a cizallamiento.





La tenacidad es una característica muy importante porque implica que los miembros de acero pueden someterse a grandes deformaciones durante su fabricación y montaje, sin fracturarse, siendo posible doblarlos, martillarlos, cortarlos y taladrarlos sin daño aparente.






ALMUERZO EN RASCACIELOS, DE CHARLES EBBETS

Charles Ebbets es el autor de esta famosa fotografía, casi convertida en icono, que durante los años 30 documentó la construcción del Rockefeller Center de Nueva York. En ella se ven cómo los obreros toman un descanso para comer sentados en una viga de acero a una altura considerable. La imagen sirvió para denunciar las precarias condiciones laborales de los Estados Unidos en esa época de depresión.

http://numerof.com/blog/?p=394

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VENTAJAS DEL ACERO COMO MATERIAL ESTRUCTURALEl Rockefeller Center (también conocido como Rockefeller Plaza) es un complejo de 19 edificios comerciales cubriendo 22 acres (89.030,84 m²) entre las calles 48 y 51 en la Ciudad de Nueva York, Estados Unidos. Construido por la familia Rockefeller, el complejo está situado en Midtown Manhattan, abarcando el área entre la Quinta Avenida y la Sexta Avenida en la isla de Manhattan, Nueva York. En esta zona se encuentran algunas de las boutiques más lujosas de Nueva York. Fue declarado un National Historic Landmark en 1987.2 3http://es.wikipedia.org/wiki/Rockefeller_Center

http://es.wikipedia.org/wiki/Comercio

http://es.wikipedia.org/wiki/Acre_(unidad_de_superficie)

http://es.wikipedia.org/wiki/Metro_cuadrado

http://es.wikipedia.org/wiki/Nueva_York

http://es.wikipedia.org/wiki/Estados_Unidos

http://es.wikipedia.org/wiki/Familia_Rockefeller

http://es.wikipedia.org/wiki/Midtown_Manhattan

http://es.wikipedia.org/wiki/Quinta_Avenida

http://es.wikipedia.org/wiki/Sexta_Avenida_(Manhattan)

http://es.wikipedia.org/wiki/Manhattan

http://es.wikipedia.org/wiki/Nueva_York

http://es.wikipedia.org/wiki/Hito_Hist%C3%B3rico_Nacional





http://es.wikipedia.org/wiki/1987

http://es.wikipedia.org/wiki/Rockefeller_Center






7. Ampliaciones de estructuras existentes: Las estructuras de acero se adaptan muy bien a posibles adiciones. Se pueden añadir nuevas crujías e incluso alas enteras a estructuras de acero ya existentes y los puentes de acero con frecuencia pueden ampliarse.




Se denomina crujía al espacio arquitectónico comprendido entre dos muros de carga, dos alineamientos depilares (pórticos), o entre un muro y los pilares alineados contiguos.

Este espacio hace referencia también a las naves o pasillos de ciertos edificios, que dan acceso a dependencias laterales, como es el caso de cada una de las galerías, o pandas, de un claustro. Constructivamente es cada una de las partes principales en que se divide la planta de un edificio. http://www.google.com.co/imgres?q=PASARELA+EDIFICIO&u

m=1&hl=es&biw=1280&bih=639&tbm=isch&tbnid=r5yMBIfRdCzRZM:&imgrefur

http://es.wikipedia.org/wiki/Espacio_arquitect%C3%B3nico

http://es.wikipedia.org/wiki/Muro_de_carga

http://es.wikipedia.org/wiki/Pilar

http://es.wikipedia.org/wiki/P%C3%B3rtico

http://es.wikipedia.org/wiki/Pared

http://es.wikipedia.org/wiki/Nave_(arquitectura)

http://es.wiktionary.org/wiki/panda

http://es.wikipedia.org/wiki/Claustro

http://www.google.com.co/imgres?q=PASARELA+EDIFICIO&um=1&hl=es&biw=1280&bih=639&tbm=isch&tbnid=r5yMBIfRdCzRZM:&imgrefur




8. Propiedades diversas:Gran facilidad para unir diversos miembros por medio de tipo de conectores como la soldadura, los tornillos y los remaches.




Los remaches usados en la construcción de estructuras se fabrican por lo general con aceros suaves que no se vuelven frágiles al calentarlos y al martillarlos para formar sus cabezas. El remaches común consta de un vástago cilíndrico de acero con una cabeza redondeada en un de sus extremos.



El remache se calienta en la obra a un color rojo cereza (aproximadamente 1800 F), se inserta en el agujero y se le forma una cabeza en el otro extremo por medio de una pistola remachadora accionada con aire comprimido. La pistola, que tiene una depresión en su extremo para dar a la cabeza del remache una forma adecuada, aplica a éste una rápida sucesión de golpes.En el remachado hecho en el taller, los remaches se calientan a un rojo cereza y se guían con remachador de presión.



Construída para la Exposición Universal en conmemoración del centenario de la Revolución Francesa, la torre con la bandera flambeando en la cumbre fue inaugurada el 31 de Marzo de 1889. Obra Maestra : Gustave Eiffel fue asistido en la construcción por los ingenieros Maurice Koechlin y Emile Nouguier y por el arquitecto Stephen Sauvestre



Los estudios sobre el proyecto comenzaron en 1884, su construcción comenzó a pesar de todos los obstáculos en 1887 y se terminó 26 meses más tarde en 1889. Estaba previsto en sus comienzos la destrucción de la torre metálica después de la Exposición Universal de 1900. Las pruebas de transmisión radiofónica efectuadas por la armada francesa antes de la fecha fatídica del proyecto de demolición, salvaron finalmente la torre.



Los Materiales utilizados : Hierro forjado erigido bajo la forma de 18.038 piezas entrecruzadas fijadas por 2.500.000 remaches. La estructura de la obra maestra de Gustavo Eiffel es muy aireada y la robustez de sus materiales, su peso es de 7.300 toneladas. Altura : Desde el suelo hasta el mástil de la bandera la torre medía 312.27 metros en 1889 y hoy mide 324 metros, con sus antenas.

http://galeon.com/alinned/eiffel.html

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Enero de 2004. Coincidieron las celebraciones del Nuevo Año Chino, la visita del Presidente de la República de China y el principio del "Año de la China" en Francia.¡Algo tenían que hacer para celebrar estos acontecimientos!Entonces el Ayuntamiento de París y la compañía Electricidad de Francia se asociaron para regalarle un vestido rojo.

Actualmente, diferentes cadenas de televisión francesa han instalado sus antenas en la cumbre de la torre. Propiedad de las autoridades locales de París y explotada por una sociedad privada, "Société Nouvelle de l'Exploitation de la Tour Eiffel", esta estructura es mantenida y pintada cada 7 años con 50 toneladas de pintura - esta tarea es realizada por obreros expertos en deportes de escalamiento acrobático.La estructura metálica se ha convertido hoy en día en el símbolo de París, atrayendo cada año a más de 6 millones de visitantes.



Sus Iluminaciones : La "Dama de Metal" es iluminada por 352 proyectores de 1.000 watts y centalla cada media hora por noche con 20.000 ampollas y 800 parpadeantes. Para dar más vida y elegancia a la torre, 4 reflectores con luces de xenón de 6.000 watts que giran de manera permanente en la cumbre. Número de escalones : 1.665 escalones para los visitantes deportivos. Ascensores transparentes que suben hasta el segundo piso, donde se encuentran una gran cantidad de boutiques de souvenirs.


8. Propiedades diversas (continu.)Posibilidad de prefabricar los miembros.

Rapidez de montajeGran capacidad de laminarse en una gran cantidad de tamaños y formas.



Resistencia a la fatigaReuso posible después de desmontar una estructura.

Posibilidad de venderse como chatarra



1. Costo de mantenimiento: La mayor parte de los aceros son susceptibles a la corrosión al estar expuestos al aire y al agua y, por lo consiguiente, deben pintarse periódicamente. El uso de acero intemperizados para ciertas aplicaciones, tiende a eliminar este costo.

DESVENTAJAS DEL ACERO COMO MATERIAL ESTRUCTURAL


2. Costo de la protección contra el fuego: Aunque algunos miembros estructurales son incombustibles, sus resistencias se reducen considerablemente durante los incendios, cuando los otros materiales de un edificio se queman.



2. Costo de la protección contra el fuego: Han ocurrido muchos incendios en edificios vacios en los que el único material combustible era el mismo edificio.



2. Costo de la protección contra el fuego:


¿Cómo se cayeron las Torres Gemelas?. 1. El impacto de los Aviones Terroristas Cuando los motores de Boeing pilotados por terroristas golpearon las Torres Gemelas, aproximadamente 10,000 galones (38 kilolitros) de combustible de motor alimentó una enorme bola de fuego. Pero, el impacto de los aviones y la explosión de llamas no causo el derrumbamiento de Torres enseguida. Como la mayor parte de edificios, las Torres Gemelas tenían diseño redundante. El término diseño redundante quiere decir que cuando un sistema falla, el otro lleva la carga. Cada una de las Torres Gemelas tenía 244 columnas alrededor de un corazón central que almacenó los elevadores, cajas de la escalera, sistemas mecánicos, y utilidades. Cuando algunas columnas fueron dañadas, las otros todavía podían apoyar el edificio.

http://www.arqhys.com/contenidos/torres-gemelas.html

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El calor de los Fuegos El sistema contra incendios fue dañado por el impacto de los aviones. Pero incluso si las regaderas habían estado trabajando, estas no podían haber mantenido bastante presión para parar el fuego. Alimentado por el combustible restante de motor, el calor se hizo intenso. La mayor parte de fuegos no se calientan mas que 900 a 1,100 grados F. El fuego del Centro de Comercio Mundial (World Trade Center) puedo haber alcanzado 1,300 o 1,400 grados la F. El acero estructural no se derrite fácilmente, pero este perderá aproximadamente la mitad su fuerza en 1,200 grados F. La estructura de acero de las Torres de Gemelas fue debilitada por el calor extremo. El acero también se deformo porque el calor no estaba a una temperatura uniforme.


El acero es un excelente conducto de calor de una sección o compartimiento incendiando de un edificio a secciones adyacentes del mismo edificio e incendiar el material presente.



En consecuencia, la estructura de acero de un edificio debe protegerse con materiales con ciertas características aislantes o el edificio deberá acondicionarse a un sistema de rociadores para que cumpla con los requisitos del Código de Construcción.



3. Susceptibilidad al pandeo: Entre mas largos y esbeltos sean los miembros a compresión, mayor es el peligro de pandeo. El acero tiene una alta resistencia por unidad de peso, pero al usarse como columnas no resulta muy economico ya que debe usarse bastante material, solo para hacer más rígidas las columnas contra el posible pandeo.



3. Susceptibilidad al pandeo:


Pandeo lateral de los tirantes de acero


4. Fatiga: Otra característica inconveniente del acero es que su resistencia puede reducirse si se somete a un gran numero de inversiones del signo del esfuerzo, o bien, número de cambios de la magnitud de esfuerzo de tensión.



4. Fatiga: Se tiene problema de fatiga solo cuando se presentan tensiones. En la práctica actual se reducen las resistencias estimadas de tales miembros, si se sabe de antemano que estarán sometidos a un número mayor de ciclos de esfuerzos variables que cierto número límite.




Cuando se expone a excursiones térmicas , ya sea en el montaje y repetición del trabajo, o provocada por las pruebas térmicas, de ciclo grietas de cobre que se desarrollan en una forma que produce una tasa de aumento de la resistencia en el cañón de la actual PTHs lo que se describe mejor como un modo de fallo acelerado.

Read more: http://flexsmdingenierianuevastegnologias.blogspot.com/2010/08/reid-sobre-confiabilidad-las-grietas.html#ixzz1sou60z3OFotografía: De una grieta barril

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