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FACULTAD DE ARQUITECTURA Y URBANISMO ESCUELA PROFESIONAL DE ARQUITECTURAUniversidad NacionalFederico VillarrealProfesionales formando profesionales

CURSO: DISEO ESTRUCTURAL I

Profesor: MANUEL ANTONIO MONTES DE OCA ESCUDEROArquitecto C.A.P. 2778

No basta estudiar todas las teoras de resistencia y los mtodos de clculo. Es necesario absorber todos los detalles y experimentos hasta que se vuelva completamente familiar en una forma natural e intuitiva con todos los fenmenos del esfuerzo y la deformacin.EDUARDO TORROJA

09 VIGAS DE ACERO TORRE BURJ KHALIFA - Dubai Emiratos rabes UnidosVIGAS DE ACERO01 EL ACERO ESTRUCTURALEl acero estructural es una aleacin que se obtiene al combinar hierro, carbono y ciertas cantidades de otros elementos (silicio, azufre, fsforo y oxgeno) que, en conjunto, aportan caractersticas especficas de homogeneidad y alta resistencia.El acero estructural al carbono es un acero laminado en caliente, con un lmite de fluencia de 250 mega pascales (equivalente a 2,549 Kg/cm), que se produce en una amplia gama de formas y grados (perfiles laminados), lo que permite una gran flexibilidad en su uso.El acero es un material relativamente elstico, que soporta por igual los esfuerzos de traccin y compresin. Adems, es barato de fabricar, muy fuerte y verstil, de gran disponibilidad en la industria de la construccin.

Clasificacin del acero estructural:El acero estructural, segn su forma, se clasifica en:PERFILES ESTRUCTURALES: Los perfiles estructurales son piezas de acero laminado cuya seccin transversal puede ser en forma de I, H, T, canal o ngulo.BARRAS: Las barras de acero estructural son piezas de acero laminado, cuya seccin transversal puede ser circular, hexagonal o cuadrada en todos los tamaos.PLANCHAS: Las planchas de acero estructural son productos planos de acero laminado en caliente con anchos de 203 mm y 219 mm, y espesores mayores de 5,8 mm y mayores de 4,5 mm, respectivamente.VIGAS DE ACERO02 VENTAJAS Y DESVENTAJAS DEL ACERO ESTRUCTURALVentajas del Acero Como Material Estructural:Firmeza: Es un material de gran resistencia, lo cual permite aligerar, al mnimo, el peso de la estructura, sin menoscabo de su eficiencia.Semejanza: Las propiedades del acero no cambian perceptiblemente con el tiempo.Durabilidad: Se logran estructuras que, con eficaz manutencin, duran tiempos indefinidos.Ductilidad: Soporta grandes esfuerzos y deformaciones sin llegar a fallar. Su naturaleza dctil le permite fluir localmente, evitando fallas prematuras.Tenacidad: Es muy resistente a deformarse o romperse, absorbiendo mucha energa.Desventajas del Acero Como Material Estructural:Costo de Mantenimiento: Muchos aceros son susceptibles a la corrosin, por estar expuestos al agua y al aire; por consiguiente, deben pintarse peridicamente.Costo de Proteccin Contra el Fuego: Aunque los aceros estructurales son incombustibles, sus resistencias se reducen considerablemente durante los incendios.

VIGAS DE ACERO

03 COMPORTAMIENTO DEL ACERO ESTRUCTURALConsideremos los esfuerzos ( = P/A) y deformaciones ( = /L) de una probeta de acero sometida a traccin o compresin axial. Mediante un adecuado diagrama esfuerzo-deformacin se observa:Lmite Proporcional (S): Es una lnea recta que establece la proporcionalidad entre el esfuerzo y la deformacin. La pendiente E = / de esta recta, llamada Mdulo de Elasticidad, indica que la proporcionalidad slo es vlida en el rango elstico de esta recta. El valor promedio del Mdulo de Elasticidad del acero es E = 2 x 106 Kp/cm.Lmite Elstico (cercano a S y no indicado en el diagrama): Seala el punto hasta donde puede esforzarse el acero y, luego, tras ser descargado, puede recuperar sus dimensiones primitivas.Punto de Fluencia (F): Al llegar a este punto, la probeta de acero experimenta gran deformacin sin aumento de esfuerzo, debido al deslizamiento molecular. Al esfuerzo correspondiente a F se le denomina esfuerzo de fluencia y se representa por y.Punto de Endurecimiento (P): Es el punto donde cesa el escurrimiento del acero debido al deslizamiento molecular. A partir de P, se requiere aumentar la carga para seguir deformando.Punto de Rotura: Es el punto donde se fractura el material, tras una larga deformacin.Rango Elstico (recta OF): Rango proporcional entre el esfuerzo y la deformacin .Rango Plstico: Rango permanente entre los puntos de fluencia F y de endurecimiento P. Indica que al llegar al esfuerzo de fluencia y, la deformacin es constante.Rango de Endurecimiento: Se extiende ms all del punto P, hasta la ruptura del material.

SOVIGAS DE ACERO04 LAS VIGAS DE ACEROUna viga es un miembro estructural recto, generalmente horizontal, que soporta cargas que actan transversalmente a su eje longitudinal. La capacidad para soportar dichas cargas transversales y transmitirlas a los apoyos radica en su resistencia a la flexin, debida al mayor momento de inercia que el peralte le confiere a su seccin (plano del alma).El momento flexionante, producido en la viga, se presenta acompaado de fuerzas cortantes. Sin embargo, stas suelen tener una influencia secundaria en el comportamiento de vigas. Una viga de acero es aquella conformada por la unin de planchas, barras y/o perfiles de acero. Este material posee una mayor resistencia, con un peso mucho menor, y soporta eficazmente las tracciones y compresiones.Una viga de acero de ama abierta es aquella cuya alma es aligerada, para economizar material cuando predominan los momentos de flexin sobre los esfuerzos cortantes. El alma puede tener corte redondo, en zigzag, soldado alternativamente al ala superior e inferior, o el formado por la unin de cuatro perfiles.

VIGAS DE ACERO05 TIPOS COMUNES DE PERFILES DE ACEROLos perfiles de acero son elementos estructurales que se obtienen como producto final del tren de laminacin de la industria del acero. Estos perfiles laminados se prestan para su utilizacin directa en ensamblaje de vigas de acero. Los principales tipos son:Perfiles I: Tienen la forma de la letra I mayscula Se caracterizan porque sus alas son de poco ancho, en relacin con su altura. Por ello, los momentos de inercia y los mdulos resistentes, respecto a sus dos ejes principales, difieren considerablemente. Los perfiles I del mismo peralte y distinta capacidad se diferencian en el ancho del ala y en el espesor del alma.Perfiles WF: Tienen las alas mucho ms anchas (wide flange) y se les simboliza por las letras WF. Por su mayor ancho, sus momentos de inercia y sus mdulos resistentes, respecto a sus dos ejes principales, no difieren tanto. El ensanchamiento de las alas les confiere mayor estabilidad lateral. Adems, su amplitud y espesor constante facilita los ensambles.Perfiles C: Tienen la forma de canal o de letra C mayscula. Carecen de ala hacia un lado y, por tanto, son asimtricos respecto a uno de sus ejes principales. Los perfiles de igual peralte se diferencian en el ancho del y en el espesor del alma.

Segn la prctica norteamericana, suelen designarse a estos perfiles normalizados del siguiente modo:1 Se escribe el peralte nominal en pulgadas.2 Se escribe el smbolo (I, WF o C).3 Se anota el peso en libras por pie de longitud.4 En nuestro medio, se agregan las siglas AISC. Ejemplos: 24I 120# - AISC26WF 230# - AISC18C 60# - AISC

VIGAS DE ACERO06 PISOS A BASE DE VIGAS DE ACEROExisten innumerables variantes estructurales de entrepiso a base de vigas de acero, unas de libre uso y otras patentadas. As tenemos:Losas de concreto armado: Son losas macizas prefabricadas o vaciadas en sitio y apoyadas sobre viguetas y vigas de acero.Losas sobre viguetas pretensadas: Son losas aligeradas, vaciadas en sitio, que se poyan sobre viguetas pretensadas de concreto armado.Losas sobre placas colaborantes: Son losas macizas de concreto vaciadas sobre lminas metlicas plegadas, que actan como encofrado y se apoyan sobre viguetas y vigas de acero.

a.b.c.

VIGAS DE ACERO06 CONSIDERACIONES GENERALES PARA EL DISEO DE VIGAS DE ACEROSegn la longitud de la viga de acero y segn la carga a que se encuentra sometida, al momento de seleccionar y dimensionar un perfil, se debern considerar los siguientes aspectos:Dimensionamiento segn la capacidad de resistencia a los momentos de flexin, controlando la inestabilidad local en el ala comprimida.Control de la resistencia al corte (en el alma) y al aplastamiento local (en los puntos de concentracin de cargas).Control de las deformaciones, limitando las flechas.Seleccin del tamao y tipo de los perfiles de acero, desde el punto de vista econmico. Los perfiles de acero ms usados en vigas son los del tipo I, debido a su elevada inercia, mayor rigidez lateral y apreciable resistencia a la torsin en relacin a otros perfiles abiertos.Los perfiles WF poseen gran estabilidad lateral, aunque son dbiles para resistir flexin.Los perfiles de seccin C (canal), se usan para soportar cargas pequeas, aunque debido a su falta de rigidez lateral, requieren de arriostres laterales.