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Introduccin al diseo deestructuras de acero

1.1 INTRODUCCION

Se puede observar por medio de las estructuras, que se va alterando la superficie denuestro planeta, las cuales indican la existencia de nuestra civilizacin, y a medida que sevan construyendo obras que son exclusivamente de ingeniera civil como ser, edificios,presas, puentes, plantas de energa y torres, que nos sirven de refugio, el uso de laenerga, el mejor transporte y las comunicaciones.Por lo tanto el Ingeniero Civil adquiere una responsabilidad para decidir si el medioafectado o no, a causa de las estructuras que el construye.

Una vez estudiado el lugar donde se va a construir la estructura y despus de haberconsiderado varios sistemas estructurales, alternativas y como debern ir dispuestos loselementos de la estructura. Se debe aprender primero a disear las partes antes deplanificar el conjunto. Por consiguiente, se hace nfasis en el diseo y seleccin deelementos de acero a traccin como ser las vigas, elementos a compresin como ser lascolumnas, viga-columnas, trabes armadas y conexiones que unan esos miembros paraformar un edificio, un puente, una torre u otras estructuras de acero.

Para establecer cuan adecuado puede ser un miembro estructural, se determina por todoun conjunto de reglas de diseo, que se denominan especificaciones, las cuales son degua para el diseador en la verificacin de la resistencia, la rigidez, proporciones y otroscriterios que se presenten en los miembros en cuestin.

Existe una variedad de especificaciones que fueron y son desarrolladas para materiales y

estructuras. Cada una esta basada en aos de experiencia adquirida por medio del usoreal de la estructura. Las diversas frmulas y reglas de especificacin que se dan cuandose realiza estudios sobre las estructuras de acero muchas veces ocasionan confusin almomento de disear. Este documento se referir a una sola especificacin la cual seestudia a lo largo de la materia de estructuras de acero y es el LRFD (Load and ResitanceFactor Desing Specification for Structural Steel Buildings) del Instituto Americano de laConstruccin en Acero (AISC) y son especificaciones para el diseo por factores de carga yresistencia en edificios de acero estructural.

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DISEO DE ESTRUCTURAS DE ACERO CON LRFD

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Aquellos que dominen el uso de esta especificacin y entiendan el significado eimportancia estructural de sus requisitos, podrn fcilmente trabajar con otraespecificacin diferente al diseo de estructuras de acero y pueda as entender la similitudde reglas de diseo que contenga.

Las especificaciones AISC del 2001 se encuentran en la tercera edicin (2001) del Manualpara la construccin en acero del AISC (Manual of Steel Construction). El manual del AISCdebe considerarse como el libro base para todo el desarrollo de este documento en el quese harn frecuentes referencias a l, aconsejando as leer el Prlogo y el Prefacio del AISCpara obtener una idea preliminar de su contenido.

1.2 EL ACERO COMO MATERIAL ESTRUCTURAL

El conocer acerca de las caractersticas elsticas, inelsticas, de fractura y de fatiga de unmetal es necesario para la fabricacin de un miembro estructural, y es requerido para uncierto diseo estructural.

La elasticidad es la capacidad de un metal de regresar a su forma original despus de sercargado y luego descargado.

La fatiga de un metal ocurre cuando es sometido a esfuerzos en forma repetida por arribade su limite de fatiga, por medio de muchos ciclos de carga y descarga, se tienenproblemas de fatiga solo cuando se presentan tracciones y compresiones en el elemento.

La ductilidad es la capacidad de un cuerpo de deformarse sin fracturarse en el rangoinelstico, cuando se carga mas all del punto de fluencia, la ductilidad del aceroestructural le permite experimentar grandes alargamientos inelsticos. Finalmente laprobeta se fractura cuando alcanza la resistencia ltima de rotura .

La tenacidad puede definirse como una combinacin de resistencia y ductilidad.

En la seccin A.3 (Pg.16.1-1) del AISC-01 presentan 17 aceros empleados en lafabricacin de acero. La carga de traccin en la fractura, dividida entre el rea original y laprobeta descargada se denomina resistencia ltima a la traccin.

Los valores mnimos especificados para el punto de fluencia [Fy], y la resistencia ltima detraccin [Fu] que es un esfuerzo nominal basado en el rea original, ndices de ductilidad yparmetros qumicos, fueron establecidos por Sociedad Americana para Pruebas yMateriales (ASTM) para as controlar la aceptacin de los aceros estructurales, como sepuede observar en la tabla 1.1.

1.3 DIAGRAMA ESFUERZO-DEFORMACION DEL ACERO ESTRUCTURAL

Para que se entienda de mejor forma el comportamiento de las estructuras de acero esnecesario que el calculista conozca las propiedades de la misma.Los diagramas de esfuerzo-deformacin nos indican parte de la informacin necesaria paraentender de mejor manera el comportamiento que el acero desempea cuando essometido a fuerzas internas y externas.


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INTRODUCCIN AL DISEO DE ESTRUCTURAS DE ACERO

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Punto de Resistencia

Designacinfluencia mnima

[ksi (Mpa)]altima

[ksi (Mpa)]a

Acero estructural, ASTM A36 36 (248 ) 58-80 (400-552)Tubos estructurales de acero al carbono,

laminados en caliente, soldados y sin costura. 36 (248 ) 58 (400) minASTM A501

Acero estructural de baja aleacin y alta resistenciaASTM A242 42 (290) 63 (434)

Acero estructural de baja aleacin y alta resistencia 46 (317) 67 (462) minCon punto de fluencia mnima de 50.000 psi en piezas 50 (345) 70 (483)de hasta 4 in de espesor. ASTM A588

Tubos estructurales de baja aleacin y alta resistencia, 50 (345) 65 (448)laminados en caliente, soldados y sin costura. ASTM A618 50 (345) 70 (483)

min

Aceros de calidad estructural al columbio-vanadio de baja 42 (290) 60 (414)aleacin y alta resistencia. ASTM A572 50 (345) 65 (448)

60 (414) 75 (517)65 (448) 80 (552)

Placa de acero de aleacin de alta resistencia a la fluencia, 90 (621) 110-130 (758-896)Templado y tratado, apropiado para soldarse, ASTM A514 100 (689) 110-130 (758-896)a

min

ksi, kips por pulgada cuadrada; 1 kip =1000 lb. Un megapascal ( Mpa ) es igual a un newton por milmetro cuadrado ( N/mm2 ). La practica de ingeniera estructural en Estados Unidos no ha decidido que notacin an es preferible.

Tabla 1.1 Aceros usados en los perfiles y placas de acero estructural1

1Los siguientes aceros son valores aproximados para todos los aceros:

Modulo de elasticidad (E) : 29000 [ksi]Modulo de cortante (G) : 11200 [ksi]Relacin de Poison : 0.30Esfuerzo de cedencia en corte : 0.57 veces esfuerzo de cedencia en traccin.Resistencia ultima en corte : 2/3 a 3/4 veces la resistencia a la traccin.

Vase ASTM A6 para conocer la clasificacin del grupo de los perfiles estructurales

Entre los aceros estructurales mas importantes se tiene :

Acero estructural; ASTM A36 donde Fy = 36 Ksi

ASTM A50 donde

Fy = 36 Kilo pound per square inch = 36 klb/pulg2

Fy = 36 ksi x 70.3 2500 kg/cm2

Fy = 50 Ksi x 70.3 3500 kg/cm2

Se sabe que no es posible que se desarrollen mtodos de diseo que satisfagan a menosque se entienda y disponga de la informacin referente a las relaciones esfuerzo-deformacin del material que se utiliza para cualquier diseo estructural.Para esto consideremos una probeta de acero sujeta entre las mordazas de una maquinade pruebas de traccin Figura 1-1. y si aplicamos cargas de traccin a la muestra, los


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extremos de la muestra con mayor dimetro se fijan en las mordazas de montaje, paraque la ruptura se presente en el centro de la misma, el dispositivo sujeta a la muestramediante dos brazos, y donde un extensmetro mide el alargamiento de la muestradurante la prueba y observndose que al incrementar simultneamente la carga hay unalargamiento en una determinada longitud, es decir que la muestra se alarga como seobserva en la Figura 1-2.

Figura 1-1. Equipo de prueba para relizar ensayos generales

La muestra estandarizada de la ASTM tiene un dimetro de 0.5 plg. y una longitud de 2plg., entre las marcas de calibracin, que son los puntos donde los brazos del

extensmetro se sujetan a la muestra, midiendo y registrando la carga de traccinmediante calibradores elctricos de resistencia variable (strain gages). En una pruebaesttica la carga se aplica lentamente ; sin embargo en una prueba dinmica la variacinde la carga puede ser muy elevada y tambin debe medirse esto debido a que sonafectados las propiedades de los materiales.

Figura 1-2. Medidores de deformacin (strain gages).


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Si vamos incrementando la fuerza de una manera constante, la magnitud del alargamientoaumentar gradualmente dentro de ciertos lmites. Los resultados se suelen representaren un grfico en el que en las ordenadas se muestran las cargas y en las abscisas losalargamientos.

La representacin de este grfico se muestra en la Figura 1-1.; se puede observar que noaparecen representadas las fuerzas y alargamientos totales, sino las fuerzas unitarias oesfuerzos unitarios y los alargamientos unitarios o deformaciones unitarias, ya que solo sepueden comparar las propiedades de una muestra con las de otra si se reducen los valoresobservados a unos puntos de referencia comn.El sector que comienza la curva de esfuerzodeformacin unitaria para acero estructurales cuando el esfuerzo de traccin alcance un valor aproximadamente de un medio de laresistencia ultima del acero [Fu], entonces el alargamiento aumenta mas rpidamente sinincrementarse el esfuerzo.

Figura 1-1. Diagrama esfuerzo-deformacin (Vase el libro Diseo de estructuras deAcero de Jack C.

McCormac publicado en 1996)

Es donde se deduce la relacin de proporcionalidad entre el esfuerzo y la deformacin,enunciada el ao 1678 por Robert Hooke1.Por lo tanto el esfuerzo mayor o punto mas alto de la porcin recta del diagramaesfuerzodeformacin para que todava sea valida la ley de Hooke se denomina lmiteproporcional.

El mayor esfuerzo que un material resiste sin deformarse es el lmite elstico. El valor noes medido frecuentemente para la mayora de los aceros estructurales, por esta razn seusa en la mayora de los casos el trmino lmite proporcional elstico.El sector donde se presenta un incremento brusco en la deformacin sin un incrementocorrespondiente en el esfuerzo, se denomina esfuerzo de fluencia; que corresponde al

1La ley de Robert Hooke, Ut tesio sic vis, es decir, Segnla deformacin, as es la fuerza,relacion la deformacin total

con la fuerza total sin admitir limite alguno a esta proporcionalidad. (Vase Resistencia de Materiales de Ferdinand L. Singer)


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primer punto del diagrama esfuerzodeformacin para el cual la tangente a la curva eshorizontal. El esfuerzo de fluencia es para el proyectista una de las propiedadesimportantes del acero, ya que el procedimiento de diseo siguen este valor. Existe unintervalo mas all del esfuerzo de fluencia denominado, deformacin elstica; ladeformacin que ocurre despus del esfuerzo de fluencia sin que incremente el mismo esdenominado deformacin plstica que es igual en magnitud a 10 o 15 veces ladeformacin elstica.

Despus que comienza el endurecimiento por deformacin en la prueba de traccin, elesfuerzo continua creciendo y el sector inelstico de la seccin continua uniforme (sin quese reduzca el rea de la seccin transversal) hasta que llega a la carga mxima. Elespcimen experimenta una constriccin local llamada estriccin.

P P

Figura 1-2. Estriccin o ensanchamiento sbito de una probeta de acero en la seccin.

La pendiente de la curva esfuerzodeformacin unitaria en el rango elstico se denominamodulo de elasticidad E, y es igual a 29000 [ksi], para aceros estructurales.El punto de fluencia del acero varia segn la temperatura, velocidad de la prueba y lascaractersticas (tamao, forma y acabado superficial) del espcimen de la prueba.

Figura 1-3. Diagrama esfuerzo-deformacin

El valor de la Deformacin unitariaes el cociente del alargamiento (deformacin total)ly la longitud l en la que se ha producido. Por tanto :

l

l


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Las condiciones para que se determine el valor de la deformacin en una longitud tanpequea (l) que se considera constante en dicha longitud son:

1. El elemento sometido a traccin debe tener una seccin transversal o rectaconstante.

2. El material debe ser homogneo.3. La fuerza o carga debe ser axial. Es decir producir un esfuerzo uniforme.

Cuando se aplica una carga de traccin a una seccin de modo que el esfuerzo varia de Ohasta B, supngase tambin que cuando la carga se retira, el material sigue la mismacurva al regresar a O.La propiedad de un material en la cual recupera sus dimensiones originales al descargarse,como ya se hizo referencia anteriormente se denomina elasticidad, y el material se diceque es elstico.Cuando se aplica una carga a nivel mucho mayor, de tal manera que alcanza el punto Ddel diagrama esfuerzodeformacin, en este caso cuando ocurre la descarga, el materialsigue la lnea DC del diagrama de la Figura 1-4.

Esta lnea de descarga caracterstica es paralela a una tangente del diagrama esfuerzodeformacin en el punto O.Cuando alcanza el punto C, la carga se ha retirado totalmente, pero ah es donde persisteen el material una deformacin residual o deformacin permanente OC.

Figura 1-4. Comportamiento parcialmente elstico

1.4 PERFILES Y PLACAS DE ACERO ESTRUCTURAL

Actualmente el hierro y el acero comprenden casi el 95% en peso de todos los metalesproducidos en el mundo. Los aceros para usos estructurales se clasifican por sucomposicin qumica, las propiedades que se presentan cuando es sometido a traccin ypor la forma de fabricacin, en : aceros de carbono, aceros de alta resistencia y de baja


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aleacin, aceros de carbono tratados trmicamente, y aceros aleados para construccintratados trmicamente. En la Figura 1-5 se observa una curva tpica de esfuerzo deformacin para un tipo de acero para cada grupo, con la finalidad de observar losniveles crecientes de resistencia de cada uno de los tipos de aceros.

En la Tabla 1-1 se presenta algunos de los aceros ms utilizados en cada uno de losgrupos con sus resistencias especficas en perfiles y placas. En la Norma AISC-01 2 sepuede observar las propiedades mnimas especificadas para perfiles y placas de aceroestructural como se indica en la Tabla 1-2.

Tabla 1-2. Especificaciones para perfiles segn el ASTM (Vase AISC-01, Pg. 2-24)

2Vase Table 2.1 y Table 2.2, Aplicable ASTM Specifications for Various Structural Shapes, Pg. 2-24 y 2-25 en el AISC-01.


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Tabla 1-3. Especificaciones para perfiles segn el ASTM (Vase AISC-01, Pg. 2-25)

1.4.1 ACEROS DE CARBONO

Las caractersticas generales del acero al carbono son :

1. Mximo contenido para los elementos que no sobrepasan las siguientescantidades; manganeso 1.65%; silicio 0.60%; cobre,0.60%.

2. El mnimo que se especifica no sobrepase el 0.40%.3. En el reglamento del AISC no especifica un contenido mnimo para otros

elementos aadidos para obtener una aleacin deseada.

El acero A36 es el acero de uso frecuente para puentes, edificios y otros usosestructurales. Este proporciona un punto de fluencia mnimo Fy = 36 [klb/pulg 2 = ksi] entodos los perfiles y placas estructurales de hasta 8 pulgadas de espesor.El acero A573, que el la Tabla 1-1 esta disponible en tres grados de resistencia paraaplicaciones en placas en las cuales importa la tenacidad.Entre los aceros de baja aleacin y de alta resistencia (HSLA), son aquellos que presentanel punto de fluencia Fy = 40 [ksi] y alcanzan esa resistencia cuando son laminados en


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caliente, y no por tratamiento trmico, estos aceros ofrecen un aumento de resistenciacon un incremento de precio.El acero A242 es un acero que es resistente a la corrosin superficial, entonces se loutiliza en casos donde la resistencia a la corrosin atmosfrica por lo menos es equivalentea 4 veces la del acero al carbono para usos estructurales.El acero A588 es el mas empleado en el trabajo estructural. Proporciona un punto defluencia de Fy = 50 [ksi] en placas de hasta 4 pulgadas de espesor.El grupo A572 especifica aceros HSLA de columbio-vanadio en cuatro grados con puntode fluencia mnimos de 42,50,60 y 65 [ksi]. El grado 42 en espesores hasta 6 pulgadas yel grado 50 en espesor con 4 pulgadas se usan para puentes soldados.(Vase Figura 1-6).

Los aceros de baja aleacin y de alta resistencia se los utilizan para construccin demaquinarias y no para el diseo de estructuras.

1.4.2 CURVAS TPICAS DE ESFUERZO-DEFORMACIN PARAACEROS ESTRUCTURALES Y CONCRETO

Como se puede observar las curvas tpicas de aceros estructurales y de concreto en laFigura 1-5, el mdulo elstico para el acero determinado anteriormente y para el modulode elasticidad del concreto wc esta comprendido entre 1.44 y 2.48 ton/m

3 de pesosnormales (ACI 318-02 articulo 8.5.1), es:

EC15100 f

c

Ec = Mdulo de elasticidad del concreto, [MPa].f c = Resistencia a la compresin cilndrica a los 28 das.wc = Peso unitario del concreto,[ton/m3].

Figura 1-5. Curvas tpicas esfuerzodeformacin de concreto (Vase Diseo de Estructuras de Concreto deArthur H. Nilson).


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a) b)

Figura 1-6. a) Curvas tpicas esfuerzo deformacin para aceros estructurales (Vase Manual de Diseode Estructuras de Acero de Roger L. Brockenbrough y Frederick S. Merritt)

b) Curvas tpicas esfuerzo deformacin para aceros estructurales y concreto.

1.4.3 ECONOMA EN EL DISEO ESTRUCTURAL

Debido al incremento y competitividad en la industria de la construccin, con costos delos materiales y mano de obra que va en aumento, el Ingeniero Estructural esta obligadoa buscar la mxima economa en el diseo, que este relacionada con la seguridad y la vidatil de la estructura.

En el caso de estructuras de Hormign Armado el diseador se preocupa de disear laestructura para que falle primero el acero y luego el concreto, dando as cumplimiento auno de los principios de la Ingeniera estructural que es la seguridad, ya que este evitaraque la estructura colapse y se puedan salvar vidas humanas.

Algunas veces el transporte tiene una gran influencia en la economa, las conexiones

pueden ser fabricadas en un taller lo que abaratara costos cuando se fabrican durante elmontaje. Por ejemplo un taller construido sobre una va navegable tiene una gran ventajaal construirse un puente sobre el ro.En caso de grandes puentes, puede construirse un taller provisional, cerca de la obra paraevitar el transporte de los elementos del puente.


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La disposicin de los miembros de una estructura tambin es afectada por la economa, lamejor manera es proporcionar una trayectoria mas directa posible para transmitir la fuerzadel punto de carga a la cimentacin de una estructura.

1.5 PERFILES (SECCIONES) DE ACERO

Los usos de los diversos perfiles se expondrn en los prximos captulos. Se hacereferencia constante en este documento al Manual de diseo en acero segn el mtodo defactores de carga y resistencia; manual LRFD (Manual of Steel Construccin Load andResstanse Factor Design), publicado por el Instituto Americano de la construccin de Acero(AISC). Este proporciona la informacin detallada sobre los perfiles estructurales de acero,es denominado manual LRFD.El estudiante debe consultar el Manual LRFD del AISC-01 donde se dan las dimensiones ypropiedades de los perfiles laminados en caliente W, S, L, C y otros ms.

1.5.1 PERFILES W

Los miembros estructurales mayormente utilizados son aquellos que tienen grandesmomentos de inercia con relacin a sus reas.Los perfiles I tienen esta propiedad, generalmente los perfiles de acero se designan por laforma de sus secciones transversales, estas vigas son de patn ancho (denominadas vigasW), la superficie interna de una viga W es paralela a la superficie externa con unapendiente mxima de 1:20 en el interior, dependiendo de su procedencia y fabricacin.

d Profundidad, tamao (Depth)bf

tf

ancho del ala (Flange Width)

espesor del ala (Flange Thickness)

twT k k1 X Y

espesor del alma (Web Thickness)

Distancia sin curvatura

Distancia con curvatura en eje X

Distancia con curvatura en eje X

Eje X-X ( Axis X-X)

Eje Y-Y ( Axis Y-Y)

Figura 1-7. Perfil W-Shapes (Manual of Steel Construction Load an Resistance Factor Desing 2001-ThirdEdition)

En el Manual AISC-01 se pueden observar una gran variedad de perfiles W, con lasdimensiones y propiedades de cada una de ellos ( Pg. 1-12 a las Pg. 1-29).


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Antes los perfiles W se denotaban como :

WF40 x 321 ( WIDE FLANGES = Alas Anchas)

La simbologa que es utilizada actualmente para su notacin es:

W40 x 321

Peso [lb / ft]

Profundidad Aprox. [in]

El primer trmino indica con cierta aproximacin la profundidad o tamao aproximado d en[in] , y el segundo trmino indica el peso del perfil en [lb/ft].Este tipo de perfiles W son uno de los perfiles que tiene una mayor resistencia a la flexinesto porque estos perfiles cuentan con un elevado Momento de Inercia.

Otra de las caractersticas es que las alas del perfil W estn alejadas del centro del perfil,por lo tanto mientras mas alejadas las alas se tiene mayor momento de Inercia y sucedetambin cuando se incrementa el ancho de las alas, pero se deber tener en cuenta quecuando este incremento es demasiado tanto las en el alma del perfil y las alas se pandean,producindose as el pandeo local del alma o pandeo local del ala como se muestra en laFigura 1-8.

a) b)

Figura 1-8. Perfiles W con Pandeo Local : a) Pandeo del alma, b) Pandeo de alas

1.5.2 PERFILES S

Este tipo de perfiles fueron los primeros en fabricarse y su uso fue muy difundido enEstados Unidos, teniendo una pendiente de 1:6 en el interior de sus patines, como sepuede observar, estos perfiles a diferencia de los W no presentan espesores constantes yuna cierta curvatura en el alma y las alas del perfil S que dificulta las conexiones.

Es muy utilizado en diseo de puentes ya que estos facilitan el escurrimiento del agua o lanieve que esta en contacto con el perfil esto debido a la pendiente que este presenta.


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S24 x 121 (S = SLOPE = Pendiente)

Figura 1-9. Perfil W-Shapes (Manual of Steel Construction Load an Resistance Factor Desing 2001)

En el Manual AISC-01 se pueden observar los perfiles S, ( Pg. 1-26 a las Pg. 1-27).

1.5.3 PERFILES M

M10 x 8 (M = MISCELLANEOUS = Miscelneo )

Figura 1-10. Perfil M-Shapes (Manual of Steel Construction Load an Resistance Factor Desing 2001-ThirdEdition)

La fabricacin de estos perfiles es a pedido segn los requerimientos especiales del quedisea y el constructor, estos perfiles no son perfiles estndar es decir que no soncomerciales. En Manual AISC-01 se puede observar perfiles M, ( Pg. 1-25 a las Pg. 1-26).

1.5.4 PERFILES HP

Es utilizado en diseo de pilotes de acero para las fundaciones de estructuras como serpuentes, edificios y otros.


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HP14 x 117 (HP = HACHE PROFILE = Perfil H)

tw >tf Mayor espesor del alma que el delala del perfil

Figura 1-11. Perfil HP-Shapes (Manual of Steel Construction Load an Resistance Factor Desing 2001-ThirdEdition)

Este perfil esta fabricado de tal manera que el alma tiene mayor espesor que el ala paraque el alma del perfil HP resista la fuerza del martillo que ejerce en el momento delhincado. En Manual AISC-01 se pueden observar perfiles HP, ( Pg. 1-28 a las Pg. 1-29).

1.5.5 PERFILES C y MC

Los perfiles canal como se muestra en la Figura 1-12, pueden usarse en la construccin dearmaduras planas conectadas a placas de nudo con pernos, remaches o soldadura.

Al igual que los perfiles M, la fabricacin de los perfiles MC es a pedido segn losrequerimientos del diseador y el constructor, estos perfiles no son perfiles estndar esdecir que no son comerciales.

En Manual AISC-01 se pueden observar los perfiles C,( Pg. 1-30 a las Pg.1-31 ) y MC,(Pg. 1-32 a las Pg.1-33 ).

C15 x 50 (C = CHANNEL = Canal) MC15 x 50 (M =MISCELLANEOUS CHANNEL= Canal Miscelneo )

Figura 1-12. Perfil C-Shapes (Manual of Steel Construction Load an Resistance Factor Desing 2001)


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1.5.6 PERFILES L

L5 x x 3/4 ( L = ANGLES = Angular)

Profundidad Aprox. ala 1

Profundidad Aprox. ala 2

Espesor

Figura 1-13. Perfil L-Shapes (Manual of Steel Construction Load an Resistance Factor Desing 2001-ThirdEdition)

Los perfiles L son los ms comnmente usados, para minimizar las cargas de viento o porrazones estticas.

En Manual AISC-01 se pueden observar los perfiles L, ( Pg. 1-34 a las Pg. 1-39).

1.5.7 PERFILES WT

T22 x 167.5 (WT = TEES =Te )

Figura 1-14. Perfil WT-Shapes (Manual of Steel Construction Load an Resistance Factor Desing 2001-ThirdEdition)

Las estructuras con perfiles T, son satisfactorias como cuerdas de armaduras soldadasporque los miembros de la celosa se pueden conectar fcilmente a ellas.

En Manual AISC-01 se pueden observar los perfiles WT, ( Pg. 1-40 a las Pg. 1-51).


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que el del

1.5.8 PERFILES MT

MT6 x 5.9 ( MT =MISCELLANEOUS TEE= Miscelneo Te )

tf >tw Mayor espesor del alaque el alma del perfil

Figura 1-15. Perfil MT-Shapes (Manual of Steel Construction Load an Resistance Factor Desing 2001-ThirdEdition)

En Manual AISC-01 se pueden observar los perfiles MT, ( Pg. 1-52 a las Pg. 1-53).

1.5.9 PERFILES ST

ST12 x 60.5 (ST = SLOPE TEES =Pendiente Te)

Figura 1-16. Perfil ST-Shapes (Manual of Steel Construction Load an Resistance Factor Desing 2001-ThirdEdition)

Los perfiles ST, se obtienen de los perfiles S tienen la ventaja de que sus peraltes novaran con respecto a los perfiles WT.

En Manual AISC-01 se pueden observar los perfiles MT, ( Pg. 1-54 a las Pg. 1-55).


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1.5.10 PERFILES RECTANGULAR HSS

HSS20 x 12(RECTANGULAR AND SQUARE HSS = Seccin Rectangular yCuadrada Hueca)

Figura 1-17. Perfil Rectangular y Cuadrado HSS-Shapes (Manual of Steel Construction Load an ResistanceFactor Desing 2001-Third Edition)

Los perfiles Rectangular y Cuadrado HSS son perfiles para uso expuesto, para minimizar lascargas de viento o por razones estticas.

En Manual AISC-01 se pueden observar los perfiles Rectangular y Cuadrado HSS, ( Pg. 1-56 a las Pg. 1-69).

1.5.11 PERFIL CIRCULAR HSS

HSS20.000 (Round HSS=Seccion Circular Hueca)

Figura 1-18. Perfil Circular HSS-Shapes (Manual of Steel Construction Load an Resistance Factor Desing 2001-Third Edition)

Los perfiles Circular HSS o seccin Tubular al igual que los perfiles Rectangular yCuadrado HSS son utilizados para un uso expuesto.

En Manual AISC-01 se puede observar perfiles Circular HSS. ( Pg. 1-70 a las Pg. 1-73).


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1.5.12 PERFILES 2L

2L8 x 8 x 11/8 (2L= DOUBLE ANGLES = Doble Angular)

Figura 1-19. Perfil 2L-Shapes (Manual of Steel Construction Load an Resistance Factor Desing 2001-ThirdEdition)

Los perfiles 2L, se los utiliza para miembros a traccin de armaduras para techos que

consisten en angulares simples, pero un miembro ms satisfactorio se construye a base dedos angulares, espalda con espalda, deben conectarse cada 1.2m o 1.5m para prevenirvibracin, especialmente en armaduras de puentes.

El perfil 2L (doble angular) tiene la ventaja de tener una mayor resistencia con respecto alos perfiles L (simple angular), donde :

M f * S (Ecuacin valida para ejes principales).

Entonces :

f M

S

Si : S > por lo tanto mayor resistencia

En Manual AISC-01 se puede observar los perfiles 2L,( Pg. 1-74 a las Pg. 1-76).

1.5.13 PERFILES COMBINADOS WC

W36 x 150 (W = WIDE = Ancho)

MC18 x 42.7 (C = MISCELLANEOUS CHANNEL

= Miscelneo Canal )C15 x 33.9 (C = CHANNEL = Canal )

Figura 1-20. Perfil W-Shapes Cap (Manual of Steel Construction Load an Resistance Factor Desing 2001)


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En Manual AISC-01 se puede observar los perfiles W-Cap. Son la combinacin de un perfilW con un perfil C o MC, (Pg. 1-80 a las Pg. 1-81).

1.5.14 PERFILES COMBINADOS SC

S24 x 80 ( S = SLOPE = Pendiente)

C12 x 20.7 (C = CHANNEL = Canal )C10 x 15.3 (C = CHANNEL = Canal )

Figura 1-21. Perfil S-Shapes Cap (Manual of Steel Construction Load an Resistance Factor Desing 2001-ThirdEdition)

En Manual AISC-01 se puede observar los perfiles S-Cap. Son la combinacin de un perfil Scon un perfil C o MC, (Pg. 1-82 a las Pg. 1-83).

1.5.15 RIELES

Figura 1-22. Dimensiones y propiedades de secciones riel (Manual of Steel Construction Load an ResistanceFactor Desing 2001-Third Edition)

En Manual AISC-01 se puede observar las dimensiones y propiedades de una variedad desecciones rieles, (Pg. 1-88).


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PG. 21

1.16 PERFILES DOBLADOS EN FRIO

Los perfiles estructurales doblados en fro, son aquellos perfiles fabricados a base deplanchas, tratados trmicamente (templados y revenidos) dndoles dureza y resistencia,para luego se proceda al doblado de las mismas mediante equipos sencillos de doblado enfro, la forma es segn los requerimientos del diseador y constructor.Los miembros formados en fro, a diferencia de las secciones laminadas en caliente, maspesadas, se usan esencialmente en tres situaciones:

1) Cuando cargas y claros moderados hacen antieconmicos a los gruesosperfiles laminados en caliente.

2) Cuando, independientemente del espesor, se requieren miembros deconfiguraciones transversales que no pueden producir en forma econmica porlaminado en caliente o por soldado en placas planas.

3) Cuando se busca que los miembros portadores de carga tambin proporcionensuperficies tiles, como en paneles de piso y paredes, tableros de techo ysimilares y sean resistentes a la corrosin.

Se cuenta con una gran variedad de perfiles doblados en fro, los cuales pueden observarseen la Figura 1-23.Estos perfiles estructurales son resistentes, durables y ahorran tiempo y mano de obra,entre sus aplicaciones tenemos; galpones, porta techos de viviendas, carroceras,estructuras metlicas, maquinarias y equipos, etc.

Figura 1-23. De (a e) son secciones simples para miembros estructurales, de (f h) Secciones con refuerzopara miembros estructurales, de (i k) secciones para cubiertas o paneles (Vase Cold-FormedMembers en Structural Steel Design de Lambert Tall ,Second Edition )


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Entre los perfiles mas usados en la industria de la construccin se tienen las dimensiones ycaractersticas de los perfiles doblados en fro como ser perfil C, perfil costanera, angulares(vase Figura 1-24).

Figura 1-24. Dimensiones y caractersticas de perfiles C, Costanera, Angulares (Vase LRFD Cold-Formed SteelDesign Manual ofAmerican Iron and Steel InstituteAISI-1991)

Se tiene otra variedad de miembros a flexin que es la armadura prefabricada como loslargueros del alma abierta y los largueros-trabes (Ver Anexo 1.1). Esos productos sonregidos por la AISI (Specification for the Cold-Formed Steel Structural Members), pero elreglamento que se estudia en este documento no se aplica a los perfiles en fro, teniendoeste su propio reglamento que es el Manual de Diseo de Aceros Laminados en Fro con elmtodo LRFD, (LRFD ColdFormed Steel Design Manual).

EEjjeemmpplloo 11..11

Determinar:

a) El Momento de Inercia del perfil W10 x 112 y cuanto resiste.

Datos de ( Pg. 1-4 delAISC-01) :

bf = 10.4 in = 26.5 cm

tf = 1.25 in = 3.18 cm

tw = 0.755 in = 1.92 cm

d = 11.4 in = 28.96 cm

AI = 32.9 in2= 2118.8 cm

2


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PG. 23

28.9 3.18

2 2

2

x

x

Entonces:

t d t 3 t t

3

d t I w f 2 w f A

x

12

12

2 2

3 3

2

3.1828.923.18I 26.53.182 226.53.18 12 12

I 31050cm4

El mdulo resistente elstico es:

S I

x 31050

2149cm3x

h 28.9

2 2

b) Se tiene una seccin rectangular de acero con dimensiones 30 x 13.87, hallar el mduloresistente ( S ), de la seccin rectangular.

h = 30.0 cmh

b = 14.32 cm

A = 416.10 cm2

bh3

bbh

2

14.32302

S 12 2148cm3x

h 6 6

2

Conclusin :

Haciendo una comparacin entre las secciones anteriormente estudiadas, el perfil W resiste

tanto como la seccin rectangular ya que presentan el mismo mdulo resistente, y solovaria en el rea como se puede observar en el Ejemplo 1.1 inciso a) y b).

El principio que el Ingeniero estructural persigue, es el de la seguridad y economa en eldiseo y construccin de todo tipo de estructuras

El peso de la seccin rectangular de acero es mayor que del perfil W, por lo tanto el costodel perfil W es menor en comparacin al de la seccin rectangular.

07918125619162605851.introduccion+a+las+estructuras+de+acero (1).desbloqueado.docx

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